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材料技术提升助OLED电视进一步普及

技术文章 luoman 1060浏览 0评论

    近年来,OLED电视由于外形轻薄,无需背光,并能呈现生动的色彩和高对比度,因而备受市场瞩目。尽管如此,液晶电视仍然是其强劲的竞争对手,并不断推出超高清及量子点等创新技术。而OLED电视的制造成本更是高达液晶电视的10倍以上,导致目前OLED电视的普及率仍较低。因此,只有降低生产成本,才能使OLED电视的价格更为亲民,被更多人所接受。OLED电视成本高昂的主要原因是良品率较低。OLED电视制造商面临的挑战还包括高性价比、高质量的AMOLED背板,因为这项关键技术与电视面板的寿命直接相关。薄膜封装可以延长OLED电视的寿命,提高画质表现,降低总体成本。

  OLED发展道路及挑战

  今年,液晶电视和OLED电视之争出现了明显转变,液晶电视增长动能显著,创新技术层出不穷,实现更鲜艳的色彩和画质。一种名为“量子点”的纳米级微粒能使液晶电视屏幕拥有与OLED电视相媲美的色域。这种技术通过使用量子点在更宽的频率范围内重新发射LED背光,从而实现更鲜明的画质。液晶电视屏幕的对比度也在不断提高以提高画质,全阵列背光可灵活的局部调暗背光,给予夜间或其它黑暗图像以更深的黑色展现。

  目前,提高OLED电视普及率的主要障碍仍在于高昂的成本,因此必须解决关键工艺和良率方面的挑战,从而提高OLED电视的成本效益。根据研究机构NPD Display Search最近发布的《AMOLED工艺路线图报告》,55”OLED电视面板的制造成本高达相同尺寸液晶电视面板的10倍。

  OLED器件结构及降低制造成本的挑战

  许多制造技术的主要目标是实现背板和OLED发射层的均匀性和性能的稳定性。薄膜封装(TFE)工艺旨在以关键阻隔膜层保护支持柔性OLED显示器。

  为了在基本OLED电路中驱动AMOLED像素,每个子像素至少需要两个薄膜晶体管(TFT)和一个电容器电路,才能提供OLED发光材料所需的电流。如今,因电子迁移率较高(约50-100cm/V-s),低温多晶硅(LTPS)成为驱动背板的最佳技术。然而,由于半导体层存在均匀性和可靠性的问题,如果不加入额外的补偿电路,会导致驱动背板稳定性欠佳。OLED的像素亮度由电流直接控制,TFT电流的轻微变化就可能导致像素亮度的差异。因此,TFT性能只要稍有不均匀的情况,就可能带来严重的图像质量问题。

  低温多晶硅技术(LTPS)凭借较高的电子迁移率,是目前用于驱动AMOLED器件的最佳解决方案。使用金属氧化物(MOx)替代LTPS有望通过简化像素电路设计,减少掩模工序,降低昂贵设备投入,整体提高TFT的均匀性,从而降低整体生产成本。

  为了在AMOLED背板中使用氧化物TFT,必须确保TFT的高迁移率和均匀性。电子迁移率则取决于使用PVD溅射技术进行的氧化物沉积效果。为了有效驱动240Hz以上的OLED电视,电子迁移率应大于30cm/v-s。目前其阈值电压漂移(约为2V,并显著高于LTPSTFT)高于LTPS材料,而目标是在带补偿的情况下,阈值电压漂移降至0.1V或1.0V。

  沉积高品质的SiOx可降低界面相互渗透并减少氢含量,从而提高栅极的绝缘效果。通过改善蚀刻停止层的性能,则能在一体化过程中(源极/漏极,蚀刻)及之后给予IGZO膜层的保护。此外,通过将钝化材料替代为氧化铝,能够提高湿气阻隔。此外,微粒也是一个重要挑战,亚微米级以下的微粒会严重影响氧化物TFT的良率。部分小于1微米的微粒会产生屏幕黑点之类的缺陷。

  PVD:扩大LTPS薄膜以适应于更大尺寸的玻璃基板

  应用材料公司的AKT–PiVot DTPVD(物理气相沉积)溅射系统可用于非晶硅、LTPS或MOx背板的生产,帮助面板厂商打造出下一代超高分辨率显示器和更大尺寸的面板,同时降低制造成本。AKT-PiVotDTPVD溅射系统采用应用材料公司的专利旋转靶技术,可沉积出高度均匀、质量一致、低缺陷的氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氮化钛(TiNx)、钛、钼钨(MoW)、钼及铝等材料,用于互连、像素电极、与LTPS薄膜集成为钝化层或与IGZO、氧化铝集成为有源层,以及在更大尺寸基板上与MOx集成为钝化层。

  为了确保a-IGZO TFT显示器件的品质,必须对电气稳定性进行评估。偏置温度应力(BTS)研究显示,在相似AMOLED应力条件下,a-IGZOTFT的阈值电压漂移(ΔVth,约为0.2V)比a-Si:HTFT(>1.8V)小得多,因而具有稳定的电气特性。

  应用材料公司的新型PECVD薄膜可赋予MOx晶体管卓越的介电层界面,其绝缘膜质量出众,可最大限度地减少氢气杂质,从而优化产品性能。AKT-PECVD系统可在最大9平方米的玻璃板上均匀沉积出高质量氧化硅(SiOx)薄膜,这对提高良率、降低成本尤为重要。MOxTFT面板要求低缺陷的无氢SiOx电介质材料。IGZO有源层和栅极绝缘体之间的接触是影响TFT稳定性的关键,并要求低缺陷、无氢的界面。应用材料公司通过不断改进技术,成功在AKT-55KSPECVD系统的成膜腔体中实现了这些需求。

  薄膜封装

  OLED器件容易受到水分和氧气等环境因素的影响。微粒则是另一个影响品质的重要因素,因其会导致屏幕暗点和分层等问题。有效的封装对防止AMOLED材料受到水分和微粒影响至关重要,从而制造出更坚硬、更轻薄的柔性AMOLED显示器。可以说,封装的效果直接影响到AMOLED器件的寿命和照明性能。

  阻隔层可用于阻挡水和氧的渗透,缓冲层则可释放堆叠膜应力,并覆盖在上游工艺中产生的不理想颗粒。实验结果显示,WVTR阻隔层的性能表现十分理想,具有极高的光透射率(400纳米大于90%)和优异的沉积速率。SiCN缓冲层则表现出极高的光透射率(400纳米大于90%)和低应力。

  样品已通过器件寿命试验(7层SiN/SiCN)以及10万次1英寸直径的弯曲试验。在没有高应力点的情况下,缓冲层能实现出色的颗粒覆盖,不留任何空隙或扩散通道。

  总结

  应用材料公司提供先进的TFT背板和TFE制造解决方案,帮助面板厂商打造出经济实惠的OLED电视。MOx背板有望简化像素电路的设计,减少掩模工序和对昂贵设备的需求,同时提高整体TFT的均匀性。作为显示设备制造商,应用材料公司通过对薄膜均匀性和微粒的有效控制,提高面板生产的成本效益,从而改进设备的整体良率和稳定性。TFE不仅提高了OLED电视的寿命,同时也推动着柔性OLED显示设备的发展,带来卓越的阻隔保护,并有望通过消除玻璃封装工序而降低制造成本。应用材料公司的显示设备制造解决方案有助于降低生产成本,从而推动OLED电视的进一步普及。

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