聊聊OLED屏幕制造中的蒸鍍環(huán)節

據韓媒報道，三星電子今年第二季度的營(yíng)業(yè)利潤可能會(huì )再創(chuàng )新高，達116億美元，這一數字將幫助三星超越蘋(píng)果登頂全球第一。更為恐怖的是，三星Q2營(yíng)業(yè)利潤甚至比Facebook、亞馬遜、Netflix和谷歌四家巨頭營(yíng)業(yè)利潤之和還要高，這四家公司今年第一季營(yíng)業(yè)利潤總和只有111.5億美元。

這次我們?yōu)槠谕私?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/OLED">OLED更多技術(shù)細節的同學(xué)，準備了長(cháng)篇的內容，簡(jiǎn)單談?wù)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/OLED">OLED制造工藝中的一個(gè)組成部分：蒸鍍。以及如松下這樣的廠(chǎng)商如何在這部分工藝中做出進(jìn)一步節省成本的努力，還有索尼是如何改良這個(gè)步驟的。

你知道嗎?OLED屏幕每個(gè)像素“燈泡”都是蒸上去的

那么究竟什么是蒸鍍?這得從OLED的結構講起。如上圖所示，典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說(shuō)OLED屏幕像素自發(fā)光材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射;從陰陽(yáng)兩級分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層傳輸，并在發(fā)光層復合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光。

這解釋得有些復雜了，不過(guò)大致上就是你看到的紅綠藍三個(gè)次像素會(huì )自己發(fā)光就對了。當然了，具體到整塊面板，結構也就復雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類(lèi)。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個(gè)像素開(kāi)關(guān)的東西。

這種復雜的結構，靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結構付諸實(shí)現，就是制造工藝的問(wèn)題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類(lèi)的東西，都需要很高科技、我們一般人沒(méi)見(jiàn)過(guò)的技術(shù)去搞定，總之就是通過(guò)光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等——你可以假想成是有小人用小刀刻上去的……

隨后的工藝部分，在OLED面板的制造上才顯得至關(guān)重要，即蒸鍍。真空腔室內，把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉樣品托架上，然后放把火在下面燒坩堝(當然不是真的放把火)，你看到的發(fā)光材料就這么蒸上去了。是的，紅綠藍三色燈泡(當然不是真的燈泡)就這么蒸上去了。

說(shuō)得高大上一點(diǎn)，蒸鍍就是真空中通過(guò)電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線(xiàn)運動(dòng)，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜。

可以說(shuō)，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發(fā)光材料，金屬電極等等之類(lèi)也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說(shuō)得跟蒸饅頭一樣，但實(shí)際操作還是非常復雜的，比如如何控制像素區域，像素要怎么對齊，還有控制蒸上去的薄膜厚度，什么前處理、蒸鍍室的真空度等，都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外，隨后還有點(diǎn)膠、封裝、老化、切割、測試等等過(guò)程。

實(shí)際上，蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個(gè)重要原因，于是LG買(mǎi)不到太多蒸鍍機，自然就搞不定iPhone 8的訂單。而即便是Canon Tokki，要消化三星那么多訂單，本身也就不是很容易的事情。

(這是PMOLED的典型工藝流程，PMOLED也屬于OLED，但結構比AMOLED簡(jiǎn)單，沒(méi)有TFT)

然而除了把燈泡“蒸”出來(lái) 還可以選擇“印”出來(lái)

上面提到的這種高端大氣上檔次的“蒸鍍”法，主要應用于RGB三色排列的典型OLED屏幕。三星的諸多OLED電視產(chǎn)品都是基于這種方法蒸出來(lái)的，效果很不錯，三原色都非常純粹，但成本非常高昂。這類(lèi)蒸鍍所用的技術(shù)叫FMM，精細金屬掩模板，就是蒸鍍的時(shí)候為了區分像素，蓋個(gè)掩膜，所以怎么對齊，以及掩膜材料本身都會(huì )成為技術(shù)難點(diǎn)。

實(shí)際上，人類(lèi)為了控制成本，OLED電視不止上述一種，有一類(lèi)藍光+色變換層：這種方案只需要蒸鍍藍光OLED元件，經(jīng)過(guò)變換層將光轉為RGB三色，這類(lèi)技術(shù)受到色彩轉換器開(kāi)發(fā)難度的限制，并未被大規模采用。

還有一類(lèi)OLED電視是白光+三種彩色濾光片，原理上和LCD液晶面板有些類(lèi)似，以白色為背光，再加彩色濾光片——這種方式在成本上顯然就低了很多，LG就曾以這種方案生產(chǎn)OLED電視，白光OLED+彩色濾光片也一度被認為是OLED進(jìn)一步實(shí)現低成本的方案。只不過(guò)加上濾光片，透光率光色純度都更成問(wèn)題，所以亮度、對比度、色彩、節能表現理論上都不及RGB OLED。至于還有像是LG的WRGB OLED(四個(gè)子像素)之類(lèi)，這里就不再做細致的討論了。

松下認為，最后這一種方法存在畫(huà)質(zhì)上的縮水，成本也不見(jiàn)得多低，還是RGB OLED靠譜。但是FMM蒸鍍成本又很高，那該怎么辦呢?所以他們在2013年的CES展會(huì )上，展示了一種采用自主研發(fā)“印刷”工藝的、而且據他們自己說(shuō)是當時(shí)全球最大4K OLED電視(56寸)。

其實(shí)“印刷”技術(shù)不算新鮮，LCD液晶屏廣泛應用這種技術(shù)，像LCD所用的彩色濾光片，RGB三種顏色色塊就是猶如噴墨打印機一樣印刷上去的。只需要確定RGB三個(gè)次像素之間的點(diǎn)距，就可以開(kāi)始印刷啦：松下針對OLED的印刷技術(shù)是直接在大尺寸的玻璃基板上涂色，相比FMM蒸鍍，不需要高溫真空環(huán)境，制造工藝要求低不少，成本也自然就更低了。

這種工藝實(shí)際上也并非盡善盡美，尤其藍色材料效率與壽命是個(gè)大問(wèn)題。這也是在很多人看來(lái)，為什么松下的這類(lèi)電視會(huì )有偏黃的原因所在。當年的CES展會(huì )上，就有人提出過(guò)這個(gè)問(wèn)題。

日本的許多企業(yè)似乎有意這種技術(shù)。三菱化學(xué)就在開(kāi)發(fā)“印刷方式”生產(chǎn)OLED面板的新材料，雖然最早也要等到2017才會(huì )進(jìn)入量產(chǎn)，當前三菱化學(xué)已經(jīng)向日本國內外的面板廠(chǎng)商提供樣品。據說(shuō)他們的“印刷”方式相比“蒸鍍”，可將材料費控制在1/10，這無(wú)疑是生產(chǎn)成品的大幅降低——而且此前并沒(méi)有微米單位的細微分涂技術(shù)，三菱化學(xué)開(kāi)發(fā)出了能被薄薄地準確涂在狹小面積上的新材料。

想想OLED電視的成本真正能降下來(lái)，還有點(diǎn)小激動(dòng)呢。

索尼的改良：把蒸鍍與印刷結合起來(lái)

其實(shí)FMM蒸鍍和印刷(或者叫濕法制備)并非這道工序中的唯二解決方案，還有激光轉印這樣的方案(雖然也需要蒸鍍)。不過(guò)印刷是當前最具誘惑力的一種技術(shù)，因為成本低、效率高，也是未來(lái)生產(chǎn)柔性OLED最理想的技術(shù)。

索尼瞅準了這一點(diǎn)，不過(guò)顯然也已經(jīng)發(fā)覺(jué)了藍色發(fā)光材料的問(wèn)題。所以索尼想到了將蒸鍍和印刷結合起來(lái)的方案，紅綠藍三色發(fā)光材料也就有了上圖這種比較奇特的立體排列造型。

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是先將藍色涂料涂上形成通用層，再將紅綠兩種顏色先印刷、再蒸鍍連接，按照上面這樣的設計制造能夠保證藍色材料的壽命和發(fā)光效率。所以同在CES 2013展上，索尼同樣也發(fā)布了全球最大OLED電視(貌似相比松下還在前面多加了個(gè)first的單詞)。

據說(shuō)采用這種工藝達成的索尼電視，完全不存在偏色的問(wèn)題，甚至在觀(guān)感上，能夠超過(guò)成本更高、只采用蒸鍍的三星、LG一類(lèi)韓系電視廠(chǎng)商。松下和索尼早在2012年時(shí)就在TFT部分有合作，所以?xún)烧咄朴∷LED電視，而且同是全球最大尺寸，看起來(lái)也就不奇怪了。

隨我們上述提到三菱化學(xué)這類(lèi)日系廠(chǎng)商的努力，單有機成膜技術(shù)這一塊，或許能隨著(zhù)印刷技術(shù)在墨水材料、印刷設備和工藝控制等方面的進(jìn)一步改善而隨之降低成本。即便當前OLED電視產(chǎn)品的價(jià)格還是頗高，畢竟有機成膜并非OLED制造中的唯一部分，比如封裝也在其中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，這就是另外的篇章了。

人類(lèi)設想中，已經(jīng)放到原型產(chǎn)品層面的OLED產(chǎn)品，起碼已經(jīng)在展臺上出現了可卷曲、如紙一樣輕薄的屏幕產(chǎn)品，這便是可觀(guān)的屏幕技術(shù)未來(lái)。值得一提的是，本文提到的有機成膜技術(shù)，只不過(guò)是OLED工藝改良發(fā)展中的一部分罷了。未來(lái)我們有機會(huì )還可詳解更多技術(shù)細節，比如松下將OLED結構中的陰極改用透明材料，研制出了稱(chēng)為“頂部發(fā)光”的技術(shù)，這自然就提高了發(fā)光效率;索尼則將TFT部分移至OLED底部，再添加了微腔結構，RGB三色之間有不同的波長(cháng)，利用陰極/陽(yáng)極上的反射膜加強每種顏色的光，隨后通過(guò)彩色濾光片進(jìn)一步提高色彩純度等等，這就是索尼的“超級頂部發(fā)光結構”。

雖然OLED被廣泛認為是下一代顯示技術(shù)，但就目前來(lái)講其并非完美無(wú)缺，技術(shù)成熟度與LCD相比還有太多太多需要改善的問(wèn)題。OLED電視之所以那么貴，也就不難理解了。