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。

图1：液晶电视与OLED电视比较
资料来源：应用材料公司显示事业部

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（图2）。

图2：采用不同技术的55英寸电视面板的生产成本
资料来源：IHS Technology

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50-100 cm² / 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（图3）。

晶体管器件要求
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（图4）。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 30 cm²/v-s。目前其阈值电压漂移（约为2V，并显著高于LTPS TFT）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 DT PVD（物理气相沉积）溅射系统（图5）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-PiVot DT PVD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。

图5：应用材料公司AKT-PiVot 55K DT PVD系统

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（图6）显示，在相似AMOLED应力条件下，a-IGZO TFT的阈值电压漂移（ΔVth，约为​​0.2V）比a-Si:H TFT (>1.8V) 小得多，因而具有稳定的电气特性。

PECVD: 提高介电层和阻挡层保护
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（图7-8）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。MOx TFT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-55KS PECVD (图9-10)系统的成膜腔体中实现了这些需求。[page]

图9：用AKT-55KPX系统 （2500x2200毫米基板）沉积的约5%厚度氧化硅的结构

图10：在2500x2200mm衬底上的5片硅片沿对角线测得的氧化硅（SiO2）折射率、应力和湿蚀刻速率。

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 (图11)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（图12）。

图11：OLED器件故障机制

应用材料公司的薄膜封装采用有机和无机材料的组合沉积（图13）。
图13: 薄膜封装: 多层封装理念

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（图14）。

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（图15）。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。