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真空蒸鍍

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降低製造成本 噴墨印刷成OLED普及關鍵

然而,手機面板的面積畢竟有限,無法支撐一個顯示產業,因此,OLED從小尺寸的應用在技術成熟後進入中大尺寸的應用市場是必然的趨勢,也是主流顯示器技術能夠存活的必然途徑。 不過,未來在中大尺寸應用市場以OLED取代LCD的競爭中,目前OLED高成本的真空蒸鍍製程是降低成本的一大障礙,因此開發低成本的OLED製程成為OLED能否取代LCD的關鍵。噴墨印刷不須在真空進行,高世代大型噴墨設備價格比真空設備低廉,採用按需供給(Drop on Demand)的圖案畫方式,材料使用率高,在大尺寸世代設備價格低廉與提高材料使用率的考量下,大尺寸OLED製造採用溶液式的噴墨印刷製程是降低OLED成本的最佳選擇。 本文從顯示器發展的趨勢探討OLED技術勝出的機會,從技術面檢討目前OLED製造成本高昂的問題與噴墨印刷OLED的解決方案,同時深入的回顧噴墨OLED的發展經歷、現況與未來展望。 顯示器發展趨勢與OLED發展瓶頸 每一種新技術要產業化成產品都必須經過市場嚴苛的考驗,新產品進到市場大致可以區分為兩大類:第一類為創新性應用(Innovative Application),另一類為取代性應用(Replacement Application)。 創新性應用產品在市場上尚無參考比較,成功與否常決定於產品功能能否為客戶帶來全新價值感受,因此市場上能夠容許比較高的產品價格。而取代性應用則以現有產品技術為標竿,勝出的機會在於新技術是否能夠帶來比舊技術更高的價值感受,這些比較的標竿包括產品的價格、功能與產業環境。若以此準則來檢視顯示器發展的歷史就可以感受各種顯示技術發展的成敗興衰。 LCD取代CRT技術關鍵在於LCD找到了筆記型電腦的創新型應用,使LCD技術存活下來並且茁壯到取代CRT。已經退出舞台的電漿顯示技術PDP就找不到創新的應用空間,在取代性應用則面臨無法超越CRT、LCD的標竿而黯然下台。 當今顯示技術是LCD當道標竿,OLED技術要存活只有找到一個可以成為創新應用的產品舞台來擺脫LCD的競爭,使技術得以有繼續發展的空間,很幸運的,在LCD生產逐漸過剩與手機通訊改朝換代的產業環境配合機緣下,折疊手機產品為OLED找到一個折疊面板的藍海,OLED將以折疊手機應用為生存基礎,逐漸建立起有競爭力的技術與產業環境。 然而,手機是以攜帶性功能設計的行動裝置,面板尺寸面積畢竟有限,以產能面積來估算,到了2022年全球OLED規劃的產能達到8,300萬平方公尺,若只應用於折疊手機,無法支撐整個OLED產業。因此,OLED從折疊手機的小尺寸應用,在技術成熟後進入中大尺寸的市場是必然的趨勢,以創新性應用為基礎,擴大到取代性應用是主流顯示器技術能夠存活的必然途徑。 因為LCD面板無法彎折,因此OLED在折疊手機的應用,是創新型應用,客戶在意的是折疊面板本身功能能否符合產品需求,產品能否為客戶帶來全新的價值感受。然而,當OLED產品進入到監視器、電視等非折疊的中大尺寸應用時,OLED變成取代型的應用,這些應用就必須以LCD為標竿,來檢視OLED各項技術指標與價格競爭力。 從技術的角度來看,OLED面板可以從輕、薄、省電、反應快、色域廣等勝出沒問題,但是最終還得面臨成本的比較,意即最終產品價格競爭力是否與LCD相當或者更低是能否取代成功的關鍵。在2000年,OLED技術剛萌芽時,我們都認為OLED的結構比LCD簡單很多(圖1),所以理當具有成本競爭力,但是近20年過去了,最終成本競爭力這一部分仍然很模糊,以目前的製程技術、材料使用率的角度來看,有不容樂觀的理由,若是OLED的成本無法與LCD抗衡,即使有諸多影像的技術優勢,要有絕對性的取代仍很困難,因此降低OLED的製造成本是OLED在站穩折疊手機軟性面板的應用基礎上,擴大到中大尺寸應用成功的關鍵。 圖1 OLED與LCD結構比較圖 降低OLED製造成本有三個途徑(圖2): 圖2 OLED降低成本之三大途徑 1.產業規模化:從材料、設備建立完整規模化的產業鏈,並加速生產技術的建立與良率提升,以達到降低成本的目的。這部分目前OLED產業鏈由於面板廠龐大投資的牽引,逐漸建立中,降低成本的效果指日可待。 2.模組元件結構整合優化:過去OLED發展主要著重於面板結構的優化,包括有機材料發光效率與壽命提升、增加封裝製程的生產力等,未來對於包括圓偏光片、觸控與蓋板等功能性膜材的整合優化將有助於進一步降低成本。 3.新製程:開發新製程以取代目前昂貴的真空蒸鍍與薄膜封裝製程。 OLED在2000年左右萌芽時,就有溶液印刷與真空蒸鍍製程方向兩大流派,這兩大製程方向各有其優劣。當時溶液印刷製程僅有荷蘭飛利浦與台達電投資的翰立光電有生產線,在2007年,翰立光電結束後,全世界也就沒有溶液印刷製程的OLED生產線;另一方面,投入真空蒸鍍製程的廠家較多,目前大部分投入OLED生產的廠家也都採用真空蒸鍍方式,因此,真空蒸鍍製程技術相對成熟很多,帶動相對應的材料與設備技術也比較成熟。 成本昂貴為OLED真空蒸鍍製程發展瓶頸 OLED是自我發光的顯示機制,透過電子(Electron)與電洞(Hole)在有機發光材料複合,使發光材料發光,OLED元件是一種將電能轉換成光能的機制。為了增加光電轉換效率,OLED的陽極與陰極分別置入電洞注入層(Hole Injection Layer, HIL)、電洞傳導層(Hole Transporting Layer, HTL)、電子注入層(Electron Injection Layer, EIL),以及電子傳輸層(Electron Transporting Layer, ETL)。彩色主動矩陣有機發光顯示器(Active Matrix OLED, AMOLED)每一個像素(Pixel)都需要有控制驅動電路,這個電路以目前用於高解析度LCD的低溫多晶矽(Low Temperature Polysilicon, LTPS)薄膜電晶體(TFT)技術最適合。其結構與製程如圖3所示: 圖3 典型主動驅動的AMOLED結構 AMOLED的製程可分為三大部分,驅動的LTPS TFT、OLED蒸鍍製程與封裝製程。驅動AMOLED的TFT與驅動LCD結構雖然有些差異,但是基本上都是塗布、顯影、蝕刻的黃光製程,採用的製程與設備與LTPS...
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