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OLED TV技术动向一览

导读: 有机EL电视商品化指日可待? SONY副社长日前在公开场所宣布,该公司将在2007年推出有机EL(OLED)电视,立即在显示器业界引发一阵哗然,业界普遍认为SONY终于发挥引爆剂角色,新世代电视可望透过有机EL脱离纸上作业获得实现。

有机EL电视商品化指日可待?

SONY副社长日前在公开场所宣布,该公司将在2007年推出有机EL(OLED)电视,立即在显示器业界引发一阵哗然,业界普遍认为SONY终于发挥引爆剂角色,新世代电视可望透过有机EL脱离纸上作业获得实现。

有机EL面板基板结构问世至今历经20年摸索岁月,PIONEER公司在10年前推出全球首度的有机EL面板应用商品,小尺寸被动式矩阵驱动有机EL面板成为可以显示文字的次组件,广泛应用在行动电话与MP3等携带式电子机器等领域。

虽然被动式矩阵驱动有机EL显示器的市场拓展达到巅峰状态,不过单价却急遽下跌,美国iSuppli市调公司甚至大胆预测,2009年被动式矩阵驱动有机EL显示器的市场成长会停止。

一般认为主动式矩阵驱动有机EL显示器,未来可望扮演市场成长牵引的重责大任,尤其是动式有机EL显示器持续高精细化、大画面化进化的结果,有机EL显示器已经可以作文字与动态影像显示,因此国外业者计划以有机EL显示器进军大型电视市场,加上SONY副社长公开宣布加入战局,未来有机EL市场可能会出现爆炸性扩大。
 
SONY祭出杀手锏

长久以来家电霸主SONY公司一直利用独自开发的显示器技术,在电视机领域中纵横数十年,2002年该公司的电视机事业收益达到巅峰之后,未顺利跨入平面显示器时代潮流,陷入经营苦战局面,直到2005年与韩国合资设立S-LCD公司之后,才逐渐扭转恶况事业收益也暂时复原,在此前提下,有机EL显示器成为SONY摆脱现状达成完全复活的重要筹码。

事实上SONY早在10年前就已经展开有机EL显示器的开发,当时电视主流为CRT,因此SONY同时开发有机EL显示器与场发射显示器(FED: Field Emission Display),2001年开发13吋有机EL显示器时,首度采用高辉度化技术改善显示器面内的辉度分布不均问题,透过电流程序方式的分布不均补偿电路,可以同时获得高精细、高穿透率双重效果,2003年SONY使用4片12.1吋组合彩色滤光膜片与微型槽穴结构,制作24吋大型显示器。

2007年SONY的11吋宽银幕有机EL显示器商品化,主要原因是SONY认为低温复晶硅TFT基板与光罩蒸镀等成熟技术,适合应用在1024×600画素有机EL面板的制作。

有关有机EL显示器的使用寿命,SONY表示除了已经完全排除技术问题达到实用化阶段,与有机EL材料大厂出光兴业共同开发也发挥重大贡献。2007年两公司同意相互共享包含有机EL材料与组件专利,并持续进行新技术的开发。

SONY将有机EL电视视为杀手锏(Killer Application),该公司采用垂直整合方式开发有机EL显示器,相较之下,其它有机EL显示器开发厂商则采取水平分工方式,主要原因是这类厂商比照其它显示组件与半导体发展模式,计划未来大量提供面板给为数众多的下游系统厂商,不过这种经营模式除了必需主动提供客户杀手锏产品之外,同时还需要提供可以满足客户需求的面板数量。
 
OLED TV商品化先克服四大课题

有机EL显示器拓展市场时,面临成本比液晶电视高的严苛挑战,因此首要条件除了轻巧、高画质之外,还需创造具有说服力的革命性优势。

有机EL显示器主要特征并不是主动发光、轻巧、高画质,而是具备在树脂膜片形成有机EL膜层,制作可挠曲全彩电视的发展潜力,进而透过印刷、喷墨技术轻易达成这类要求。

不易在价格上决定胜负的有机EL电视,提供有魅力、高附加价值的商品,反而成为各系统厂商可以自由发挥的空间。

SONY认为,有机EL电视的商品化必需克服大型化、性能、成本、使用寿命四大课题,这四大课题涉及:TFT基板技术、制程技术、驱动技术、有机EL材料技术等四大领域。

有关TFT基板技术,它要求摆脱传统利用准分子雷射退火技术制作低温复晶硅TFT基板的方式,主要原因是准分子雷射退火设备无法制作20吋以上大型基板,30吋以上基板必需开发全新材料。

有关有机EL的制程技术,主要原因是蒸镀用光罩大型化、精细化已经接近极限,必需开发可以低成本制作30吋以上面板的制程技术。

有关驱动技术,TFT特性分布不均、峰值电压漂移补偿技术必需进行改善,主要原因是随着画面大型化,未来无法维持分布特性的均匀性,尤其是电流驱动的有机EL,它的TFT特性分布均匀性直接影响辉度的均匀性,因此扮演补偿功能驱动电路设计技巧成为成败关键。

有关有机EL材料技术,基于长使用寿命的需求必需持续开发材料,尤其是抑制辉度劣化,开发高耐久性材料,即使微少电流也能够以高电流效率发光的材料非常重要。

SONY在SID 2007同时发表了:利用微结晶(μC-Si,Micro Crystal)的TFT基板技术,以及利用LIPS(Laser Induced Pattern wise Sablimation)雷射转写法的制程技术,2007年CES首度公布的27.3吋有机EL电视试作机型,就是采用这两项技术
 
有机EL近期技术发展

随着SONY的有机EL电视商品化宣布,该公司非常积极进行材料与制作设备的开发,此外还加快步伐与出光兴业共同开发荧光材料。

有关制作设备的开发,有机EL制作设备大厂TOKKI公司利用平行击发(Parallel shot)蒸镀源技术,开发600 × 720mm大型基板用高材料利用效率的蒸镀长膜设备,该蒸镀长膜设备最大特征,是15%~20%的材料使用效率是传统设备的2~4倍,由于该设备设有复数个蒸镀源,即使基板靠近蒸镀源也能够维持长膜的均匀性。

为拓展有机EL的应用,可挠曲化与印刷技术的开发正积极展开。SONY在SID 2007发表树脂膜片制成的2.5吋120 × 160画素,分辨率80 ppi的有机EL TFT驱动彩色面板。

上述有机EL TFT驱动彩色面板的有机半导体材料为五苯(Pentacene),树脂膜片材料为厚200μm的聚琥珀酸二乙酯(PES;Poly Ether Sulfone),SONY发表该有机EL面板主要目的,是要证实TFT绝缘膜改用有机材料,即使弯曲状态仍然可以显示影像。

SONY还开发有机TFT的微细加工、不使用溶媒的加工技术,具体开发内容是直接与无伤害性的半导体层、有机TFT的电流层接触时,可以降低寄生阻抗的电极结构,以及经过微细化制程仍具备有机绝缘膜,可以实现1670万色全彩显示等等。

传统液晶电视用液晶面板制造设备已经跨入第八代(2200 × 2500mm),低温复晶硅面板制造设备却停留在第四代(730 × 920mm),40吋面板第八代设备可能取8片,第四代只能取1片,换句话说,利用低温复晶硅(p-Si)制作有机EL时,它的制作成本势必比液晶面板高,如果改用一般非晶硅(a-Si)制作TFT有机EL面板,TFT的峰值电压漂移非常大,不易使有机EL长时间稳定发光,因此SONY利用dLTA(diode Laser Thermal Anneal)的红外雷射二极管对非晶硅进行退火处理,藉此提高硅的结晶性,因为峰值电压的晶体管特性稳定度,对硅材料的结晶性有依存性。

上述利用微结晶(μC-Si)制作的TFT基板,它的峰值电压漂移比传统非晶硅(a-Si)低一位数,稳定性几乎与低温复晶硅(p-Si)相同。

三星/飞利浦公司在SID 2007发表利用固相长膜技术,取代准纷子雷射退火方式制成的有机EL面板,由于固相长膜技术可以获得p通道(channel)TFT特性,因此该公司认为固相长膜技术适合应用在所有尺寸的有机EL面板制作。

有关使用金属触媒促进玻璃基板面内方向长晶的MILC(Metal Induced Crystallization)技术发展,由于制作后金属触媒会残留在TFT组件内部,造成TFT可靠性劣化,因此香港科技大学在SID2007发表解决技术,它是在钝化层(Passivation)设置孔穴,利用该孔穴去除镍金属触媒。

实用化有机EL面板大多透过遮光光罩在真空中进行蒸镀,依序涂布RGB三种有机EL材料,随着有机EL面板的大型化,遮光光罩歪曲变形问题越来越严重,无法维持涂布图案要求的精度,因此SONY开发LIPS(Laser Induced Pattern wise Sablimation)雷射转技术,它是在将雷射照射在已经涂布发光材料的玻璃表面所构成寄生体(donor)基板使发光材料升华,接着再转印到设置在对向位置的TFT基板表面,此时若对长膜部位照射选择性雷射,可以获得无光罩的图案。

不过,LIPS法是在大气中直接将发光材料转印到TFT基板表面,因此会有水份、气体混入造成特性劣化的困扰,必需在真空中使寄生基板密贴于TFT基板,接着使TFT基板上的PDL,亦即包围在外壁的内部减压,消除造成劣化要因的混入。

美国杜邦显示器公司则发表溶液化有机EL材料涂布技术。以往大多使用容易溶解于溶媒的高分子系有机EL材料,不过高分子系有机EL材料的发光效率与使用寿命,都比低分子系有机EL材料低。

杜邦公司发现可以溶解于溶媒的低分子系有机EL材料,同时开发可以同时进行长膜与图案化的溶液涂布技术,它是透过有机EL材料底部聚合物层的湿润性控制,在已经提高湿润性领域可以涂布有机EL发光材料,同时进行长膜与图案化作业。

该公司利用上述涂布技术,在SID2007发表6.1吋,420 × 240画素,分辨率80ppi的低分子系主动型矩阵驱动有机EL面板。

杜邦公司曾经试算采取溶液涂布技术的制作成本削减效果,发现虽然有机EL面板的制作成本比传统光罩蒸镀法高,不过改用溶液涂布方式反而比液晶显示器低,而且随着玻璃基板的大型化,反而更容易发挥溶液涂布方式的成本优势。

三星则舍弃三色有机EL材料的依序涂布方式,采用白光有机EL与彩色滤光膜片组合,这种使用彩色滤光膜片的方式会牺牲光线穿透率,为克服该缺点该公司采用RGB加上白色的4四次画素(sub pixel)构成的色彩配列,藉此弥补光线穿透率降低的缺点。

该公司利用上述新技术制作14.1吋,1280 × 768画素,与80%以上NTSC色再现范围特性。

有关TFT特性分布与峰值电压漂移的补偿技术,主要是将外置的驱动IC内建于补偿电路。LG飞利浦与柯达两公司在SID 2007发表GMC(Global Mura Compensation)补偿技术,同时还推出利用该技术制作的3吋低温复晶硅(p-Si)TFT驱动有机EL面板。

由于补偿电路内崁单结晶硅芯片,因此适应于任何逻辑电路,它可以轻易支持所有辉度不均(MURA)问题,而且不需追加TFT电路可以使画素结构单纯化,对TFT面板的制作成本削减非常有利。

柯达公司利用上述技术完成有机EL面板的量产化与客户评鉴,根据评鉴结果显示几乎所有客户都认为有机EL面板的辉度均匀性与传统液晶面板一致。

九州岛大学服部励治助教认为外置校正用记忆IC,可以更精确进行辉度均匀性补偿,尤其是大型面板若与小尺寸面板比较时,这种方法可以使面板整体的周边LSI成本比率大幅降低,对抑制面板制作成本非常有效。

上述适合应用在30吋以上有机EL面板的制作技术与驱动技术定案之后,接着焦点几乎都集中在发光效率与使用寿命两课题。

事实上,材料业者并未袖手旁观,例如对发光材料开发与周边有机材料改善都非常积极的出光兴产,采用全新的电子输送材料与电洞注入材料,获利驱动电压降低、辉度的电流效率提升等多重效益。

该公司透过有机EL组件膜层结构的最佳化设计,发现可以使组件寿命延长的方法。

此外,有机EL面板厂商同时与复数材料厂商合作,组件厂商提示组件结构并锁定开发项目,合作业者则提供最擅长的技术,藉此缩短开发过程。例如SONY与出光兴产的合作案例,出光兴产的开发成果可以提供给SONY以外的厂商,主要理由是材料厂商拓展商机可以加速开发时程,组件厂商也能够获得新材料,这比以往独占开发成果更容易获得商业利益。

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