1979年，在美国柯达公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士发现了有机材料发光现象，OLED研究从此开始。1987年，柯达公司推出了一款OLED双层器件，开启了OLED商用之路。此后，OLED由于其优异的性能——更薄、更黑、响应更快受到了广泛关注，并得到了长足发展。OLED相关的研究有很多方面，本文主要针对OLED的彩色化技术进行一些探讨。OLED属于自发光技术，因此可以采用直接RGB单独发光的方式显示，但是由于材料和工艺限制，某些产品不得不选择白光+滤光片等间接彩色化方式。在大中小屏显示和微显示领域，常见的OLED彩色化技术主要有以下几种：1，WOLED+CF；2，BOLED+QD色转换；3，FMM（Fine-Metal Mask）掩膜蒸镀；4，dPd工艺（利用SiN mask进行掩膜蒸镀）；5，IJP工艺（Ink-Jet Printing）；6，eLEAP；7，正交光刻。根据已公开的资料，当前几种技术特点如下表所示。
下文针对各项技术分别进行介绍，并重点着眼于微显示领域，探讨各技术在硅基OLED中的应用。
WOLED+CF是OLED电视最常见的OLED彩色化方案，该技术是先制备白光OLED器件，然后通过彩色滤光膜得到三基色，实现彩色显示。其技术关键点在于获得高效率和高纯度的白光。WOLED+CF技术采用成熟的光刻工艺制备CF膜，工艺相对简单，同时可以实现高PPI。目前大部分OLED电视采用该技术，如LG Display。
微显示领域，硅基OLED由于需要非常高的PPI(> 2,000 ppi)，FMM无法满足，因此目前量产品多采用WOLED+CF技术实现彩色化，如Sony、视涯。但由于该技术使用彩色滤光膜，会造成较大的光损，约为三分之二。该方案最大的问题是亮度不足，为提高亮度同时保证寿命，一种方法是在RGB像素点之外加入白色像素点，一种方法是通过叠层OLED器件提升发光效率。
BOLED+QD色转换技术通过制备蓝光OLED器件，然后利用蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。QD色转换产生的红光和绿光，半峰宽窄，色纯度高，因此其色域最佳。理想状态下，QD色转换效率可达100%，无滤光片造成的光损，同时三星采用了顶发射模式（LG的WOLED+CF为底发射）提高了开口率，因此其亮度相比WOLED+CF要高很多，但该电视相比于WOLED+CF的OLED电视价格也更加昂贵。目前QD film需要用打印的方法制备，因此PPI受限，在微显示器领域还未看到该技术的应用。QD光阻在开发中，但还存在很多问题，随着材料和技术的突破，希望能在硅基OLED领域也可以看到该项技术的应用。
图四：QD-OLED的结构示意图（图源：CINNO）
FMM是OLED手机采用的彩色化方式。FMM全称Fine Metal Mask，中文名精细金属掩模，它是一层薄薄的金属即Invar合金箔，厚度一般在100 μm之内，根据需要会在薄膜上制备相应的孔洞，OLED材料通过这些孔洞蒸镀在基板上并形成对应的图案。
OLED材料对水氧非常敏感，难以用光刻的方法制备，因此目前直接彩色化的成熟工艺是采用FMM，通过蒸镀的方式，分别蒸镀RGB材料，实现彩色化。该技术特点是工艺相对简单，适合小尺寸OLED制备，PPI最高可达600，介于IJP和光刻之间，满足手机屏的需求，一般在400左右，如iPhone 13为460 ppi。
图五：苹果手机和OLED结构图
前文提到在微显示领域，硅基OLED一般要求PPI大于2,000，因此当前工艺还难以满足，为了提升PPI，一种方法是改进蒸发源和蒸镀模式，如采用面蒸发源的方式可实现2,250 ppi，满足硅基OLED需求，不同蒸发源的特点如表二所示。
表二：不同OLED蒸发模式特点（来源：公众号AMOLED）
另外一种提升PPI的方式是制备更加精密的FMM，常见的FMM的制备方法一般是湿法化学蚀刻，然后配以光刻技术。由于在蚀刻过程中会出现光刻胶掩模咬边现象，即使采用双面蚀刻技术来改善，也会在开孔区tape角周边造成shadow效应。为解决该问题，可以采用激光技术，同时搭配更薄的Invar Mask便可以得到更高的PPI的FMM。最新研究表明，韩国APS公司通过光斑2 μm的UV激光，搭配8 μm的Invar Mask，可实现2,400 ppi的蒸镀精度。可以想到，无论是采用面蒸发源还是更精密的Invar Mask，要实现如此高的PPI，对mask的对位精度必然要提出非常高的要求，是否具备量产性有待更深入的探讨。
图六：FMM的精进方案
dPd工艺全称Direct Patterning Technology，是eMagin公司开发的一种针对硅基OLED实现直接彩色化的技术。其工艺流程类似于FMM，重点在于要制备更高精度的Mask。前文提到FMM采用Invar合金，利用激光技术和超薄的mask可以实现2,400 ppi的OLED器件。dPd工艺则是采用硅片，通过KOH双面刻蚀得到SiNx Mask，然后利用该SiNx Mask进行OLED蒸镀，制备出了2,645 ppi的硅基OLED器件，同时具备7,500 nit的亮度。该工艺同样需求极高的对位精度，设备是否支持有待进一步确认。
图七：SiNx Mask制备工艺（图源：公众号显示工程师）
IJP工艺全称Ink-Jet Printing，即采用喷墨打印的方式直接制备OLED RGB子像素，其特点是需先制备对应墨水，这对OLED和溶剂材料均要求很高，IJP技术的初衷是节约OLED材料降低成本，但实际增加了溶剂成本且打印用的OLED材料单价昂贵，导致整体成本依然很高。目前主要是TCL和JOLED在开发该项技术。IJP受打印精度限制，其PPI一般在100~250之间，因此只能用于大屏显示领域，此外该工艺为溶液加工，需要考虑上下层的互溶问题，难以制备叠层器件，发光效率受限，导致器件寿命相比其他工艺较差。另一方面，IJP模式的膜面均一性相比蒸镀要差，以及如何解决咖啡环问题，如何精准控制喷嘴路径和液滴等都是工业难题。综合上述原因，在硅基OLED领域，基本不考虑IJP工艺。
图八：IJP OLED电视（图源：SID2022）
eLEAP是JDI近期宣布开发出的一种结合无mask蒸镀和光刻工艺实现高PPI的OLED直接彩色化技术。eLEAP的含义为：environment positive；Lithography with maskless deposition；Extreme long life, low power, and high luminance；Any shape Patterning。根据报道，该工艺在保持现有FMM-OLED的超薄轻量、高对比度、高速响应特征的同时，还解决了寿命老化问题，并进一步实现了高孔径比、高峰值亮度和高清晰度，同时可达2,000 ppi，从TV到VR均可适用。JDI表示：“eLEAP在所有显示屏特性中，都远远超越现有的OLED，为显示屏技术带来飞跃性变革”。据报道，JDI欲向拥有G8、G10产线企业提供eLEAP技术展开合作，让我们一起期待该技术的量产。
图九：eLEAP适用范围（图源：CINNO）
根据公开的资料，我们推测一下eLEAP的工艺制程应该大致如下：蒸镀R材料，然后采用负性光阻进行光刻，然后干刻R材料，然后很重要的一步，在带有光阻的情况下沉积G材料，然后光刻再干刻G材料，然后沉积B材料，然后光刻再干刻B材料，最后剥离光阻，同时带走多余的OLED材料，如图十所示。
可见该方法会交替进行OLED蒸镀、光刻、干刻，因此设备面就要求从蒸镀舱室到黄光到干刻都必须是真空或惰性气体氛围。且如何避免干刻蚀对OLED侧面的影响和避免光阻剥离时对OLED的影响，以及保证光阻剥离时多余OLED的彻底去除应该都是一些不太容易解决的问题。同时，该技术目前宣传的PPI为2,000，这在硅基OLED领域还是相对较低的，根据其工艺特点，要做到更高PPI也存在一定难度。以上为根据公开资料的一些猜测，欢迎小伙伴们一起讨论研究。
正交溶剂的概念在溶液法制备多层器件的工艺中比较常见，通常指利用极性和非极性的溶液交替成膜，避免上层溶剂侵蚀下层材料。正交光刻可以理解为利用多层材料的正交溶液体系，结合光刻工艺实现OLED彩色化的一种方法，具体工艺流程如下：在做好阳极和PDL之后，制备牺牲层，牺牲层要保证和RGB材料为正交体系（这里必须强调，OLED为有机材料，但不能简单地采用水系材料作为正交溶剂，因为OLED不能碰水，这里采用的是含氟聚合物，后续采用氟溶剂进行湿法剥离，避免对OLED材料的损伤），然后光阻涂布曝光显影，再采用一种氟化显影剂对牺牲层进行显影，然后蒸镀R材料，然后用氟溶剂剥离牺牲层，可同时去除多余的R材料和光阻，此步类似liftoff工艺，然后用同样的方法制备G、B子像素。
该方法与eLEAP相比，减少了干刻蚀步骤，但需要特殊的材料，该方法会在OLED材料上反复进行溶液加工，应该难以避免对有机材料的损伤，同时采用湿法剥离工艺实现高PPI应该也比较困难。目前该方法还在研发阶段，后续根据其进展和更多的公开资料进行探讨。在eLEAP的介绍资料中，提到了一项IMEC的OLED直接彩色化的专利，这里也做一下简单介绍，该工艺非常复杂，既用到正交材料，又采用光刻工艺，做了一层shielding layer实现正交，做了一层protection layer保护OLED材料（该方法可能同样适用于正交光刻工艺），具体流程如下图，这里不做详细介绍，有兴趣的小伙伴可以留言交流。
以上简单介绍了较为常见的OLED彩色化工艺，各有其特点，适用范围也不同，而在微显示屏硅基OLED领域，可选用的技术并不多。本文主要从工艺角度简单介绍，并未从性能角度做深入探讨。在硅基OLED领域，一个重要的研究课题是亮度的提高，因此很自然地会想到从WOLED+CF的方式转向直接彩色化技术，通过上述介绍，小伙伴们应该可以感受到，直接彩色化技术同样具备诸多问题，并不一定是最佳方案。后续针对各项技术的性能（尤其是亮度）及优化方案再做讨论，敬请期待。声明：部分图片系网络编辑转载，目的在于分享传递显示行业技术和信息。如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时与我们联系，我们将在第一时间删除相关内容。
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