什么是OLED技術(shù)
有機(jī)發(fā)光二極管又稱為有機(jī)電激光顯示(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)，是一種由柯達(dá)公司開發(fā)并擁有專利的顯示技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使用有機(jī)聚合材料作為發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體(semiconductor)材料。
OLED技術(shù)有什么特性
OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠節(jié)省電能。
OLED技術(shù)的原理與分類
OLED的原理
OLED是指在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用ITO玻璃透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，然后分別遷移到發(fā)光層，相遇形成激子使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻射后發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到，金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作用。
OLED的分類
根據(jù)使用有機(jī)功能材料的不同，OLED器件可以分為兩大類：小分子器件和高分子器件。小分子OLED技術(shù)發(fā)展得較早(1987年)，而且技術(shù)已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平。高分子OLED又被稱為PLED(PolymerLED)，其發(fā)展始于1990年，由于聚合物可以采用旋涂、噴墨印刷等方法制備薄膜，從而有可能大大降低器件生產(chǎn)成本，但目前該技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，OLED器件也可以分為無源驅(qū)動(dòng)型(PassiveMatrix，PM，亦稱被動(dòng)驅(qū)動(dòng))和有源驅(qū)動(dòng)型(ActiveMatrix，AM，亦稱主動(dòng)驅(qū)動(dòng))兩種。無源驅(qū)動(dòng)型不采用薄膜晶體管(TFT，ThinFilmTransistor)基板，一般適用于中小尺寸顯示;有源驅(qū)動(dòng)型則采用TFT基板，適用于中大尺寸顯示，特別是大尺寸全彩色動(dòng)態(tài)圖像顯示。目前，無源驅(qū)動(dòng)型OLED技術(shù)已經(jīng)比較成熟，商業(yè)化的產(chǎn)品絕大部分是無源驅(qū)動(dòng)型;有源驅(qū)動(dòng)型OLED技術(shù)發(fā)展很快，但還需要一定時(shí)間才能大批量推出商用產(chǎn)品。
根據(jù)使用基板的材質(zhì)不同，OLED器件可以分為硬屏和軟屏。與用玻璃作為基板的普通OLED顯示器相比，柔軟OLED(FlexibleOLED，F(xiàn)OLED)顯示器有許多優(yōu)勢(shì)：可卷曲和折疊、更輕更薄、防撞擊等。全球許多研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)加大了對(duì)OLED柔軟顯示器的研發(fā)，但目前只有美國的UDC、日本的東北先鋒等為數(shù)不多的研發(fā)機(jī)構(gòu)或公司推出了柔軟OLED樣品，以清華大學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的北京維信諾公司已于2003年11月23日推出了我國內(nèi)地首款單色點(diǎn)陣柔軟OLED顯示屏。
OLED的優(yōu)點(diǎn)
有機(jī)發(fā)光顯示器件之所以受到人們的青睞，是因?yàn)槠渑cLCD為代表的第二代顯示器相比，有著突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：具有低成本特性，工藝簡(jiǎn)單，使用原材料少;具有自發(fā)光特性，不需要背光源;具有低壓驅(qū)動(dòng)和低功耗特性，直流驅(qū)動(dòng)電壓在10伏以下，易于用在便攜式移動(dòng)顯示終端上;具有全固態(tài)特性，無真空腔，無液態(tài)成份，機(jī)械性能好，抗震動(dòng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)軟屏顯示;具有快速響應(yīng)特性，響應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)，比普通液晶顯示器響應(yīng)時(shí)間快1000倍，適于播放動(dòng)態(tài)圖像;具有寬視角特性，上下、左右的視角接近180度;具有高效發(fā)光特性，可作為新型環(huán)保光源;具有寬溫度范圍特性，在零下40攝氏度至零上85攝氏度范圍內(nèi)都可正常工作;具有高亮度特性，顯示效果鮮艷、細(xì)膩。
OLED技術(shù)的發(fā)展
有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)在過去十多年的時(shí)間里取得了巨大的進(jìn)展。在發(fā)光效率方面，OLED遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PDP、CRT的水平，目前熒光小分子器件的發(fā)光效率已經(jīng)超過16lm/W，而磷光小分子器件的發(fā)光效率則已接近30lm/W，綠光器件的壽命達(dá)到了1萬小時(shí)以上，紅光器件和藍(lán)光器件的壽命也已達(dá)到實(shí)用化的基本要求。能夠推出全彩色OLED的公司和研究單位越來越多，采用低溫多晶硅TFT驅(qū)動(dòng)的全彩色器件也已經(jīng)被開發(fā)出來;白光OLED得到了廣泛的重視，目前的白光實(shí)驗(yàn)片可以在100cd/m2的亮度下保持10萬小時(shí)之久。
OLED近期的技術(shù)發(fā)展方向是解決器件的成品率、壽命和彩色化問題。從長遠(yuǎn)來看，OLED未來的發(fā)展必將沿著小尺寸-中尺寸-大尺寸-超大尺寸、單色-多色-彩色、無源-有源、硬屏-軟屏的脈絡(luò)進(jìn)行發(fā)展，最理想的OLED顯示器應(yīng)該是LTPS-TFTOLED。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國際上與OLED有關(guān)的專利已經(jīng)超過6000份，其中最根本的專利技術(shù)有兩類。小分子材料和器件的基本專利由美國Kodak公司所有，高分子材料和器件的專利由英國CDT公司和已被杜邦收購的Uniax公司擁有。此外，磷光材料和器件的開發(fā)也已取得突破，磷光材料的主要專利由美國UDC公司所有。當(dāng)前小分子OLED全彩產(chǎn)品已經(jīng)問世，由于材料供應(yīng)較為穩(wěn)定，且不像PLED受限于彩色化困難的瓶頸，眾多廠商以小分子OLED為主流技術(shù)。
OLED的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
在量產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟的情況下，OLED產(chǎn)業(yè)將持續(xù)成長，世界各大光電廠商紛紛加入競(jìng)爭(zhēng)行列。目前國際上從事有機(jī)發(fā)光顯示研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的公司有100家以上，其中一部分公司已開始進(jìn)行批量生產(chǎn)。歐美地區(qū)也有眾多公司投入研發(fā)，如CDT、Kodak、DuPont、UDC、eMagin、PHILIPS等;在日本的主要公司包括三洋、東芝、東北先鋒、索尼、精工愛普生等;韓國已有三星、LG電子、現(xiàn)代電子等10余家企業(yè)宣布涉足OLED產(chǎn)業(yè);我國臺(tái)灣省也有錸寶、東元激光、友達(dá)、悠景等多家廠商投入到OLED產(chǎn)業(yè)。
我國有30多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)從事OLED的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，主要包括清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、吉林大學(xué)、上海大學(xué)、香港城市大學(xué)、長春光機(jī)所、北京化學(xué)所、北京維信諾公司、上海航天上大歐德公司、上海廣電電子集團(tuán)、廣東信利公司、TCL集團(tuán)和五糧液集團(tuán)等。其中，在從基礎(chǔ)研究到工藝技術(shù)開發(fā)和中試生產(chǎn)的整個(gè)過程中，維信諾公司與清華大學(xué)一道建立了國內(nèi)完善的OLED科研開發(fā)體系。維信諾公司與清華大學(xué)建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，并通過該實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了大量的專利技術(shù)，到目前為止，已經(jīng)申請(qǐng)了近40項(xiàng)國內(nèi)外OLED專利，內(nèi)容覆蓋了材料、器件結(jié)構(gòu)、器件工藝和驅(qū)動(dòng)電路等。此外，維信諾公司和清華大學(xué)還積累了大量有關(guān)OLED研發(fā)和產(chǎn)品開發(fā)的Know-how技術(shù)。據(jù)悉，維信諾公司擁有我國內(nèi)地第一條OLED中試生產(chǎn)線，開發(fā)出了多款產(chǎn)品，是目前我國內(nèi)地第一家也是惟一一家能向客戶批量提供自產(chǎn)OLED產(chǎn)品的廠家。維信諾公司目前正在緊鑼密鼓地籌建OLED大規(guī)模生產(chǎn)線。
1998年，日本先鋒公司率先推出了OLED車載顯示器;2000年9月，Motorola推出第一部采用OLED顯示屏的手機(jī);2001年12月，錸寶公司推出了使用自產(chǎn)的單色OLED顯示屏的手機(jī)產(chǎn)品;2002年9月起，三星公司開始批量推出使用256色OLED副屏的手機(jī);2003年，柯達(dá)推出第一部使用OLED顯示器的數(shù)碼相機(jī);2003年下半年到現(xiàn)在，國內(nèi)外有多家公司推出帶有OLED顯示模塊的手機(jī)產(chǎn)品和MP3產(chǎn)品。
據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司iSuppli的數(shù)據(jù)顯示，2003年OLED顯示器生產(chǎn)商共出貨1730萬個(gè)OLED，其中東北先鋒占據(jù)了40%的市場(chǎng)份額，三星(SamsungOLED)占據(jù)了33%，錸寶占23%，SKD公司占約2%，其余2%被其他公司分享。手機(jī)副屏和汽車立體聲音響顯示屏幾乎壟斷了OLED的應(yīng)用市場(chǎng)，兩者占到整個(gè)OLED產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)98.1%的份額(出貨量計(jì))，其他的應(yīng)用包括數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、剃須刀、手機(jī)主屏和其他微顯示產(chǎn)品等。2004年，OLED顯示器生產(chǎn)商搭上數(shù)字隨身聽的順風(fēng)車，找到另一個(gè)OLED可以發(fā)揮的市場(chǎng)——微型便攜數(shù)碼市場(chǎng)。我國臺(tái)灣省錸寶、悠景、東元激光等廠商，都已經(jīng)出貨給數(shù)字隨身聽業(yè)者。業(yè)者估計(jì)，今年全OLED出貨3000多萬片當(dāng)中，七成是供給手機(jī)副屏用，三成是提供給數(shù)字隨身聽之用。
DisplaySearch認(rèn)為，隨著在材料研究、生產(chǎn)工藝、成本控制、市場(chǎng)應(yīng)用等方面的進(jìn)展，2003年以后OLED市場(chǎng)的增長勢(shì)頭會(huì)更大，2008年，OLED市場(chǎng)將達(dá)到35億美元(約合人民幣290億元)，從2003年到2008年，平均年增長率達(dá)68%。
OLED的市場(chǎng)趨勢(shì)從OLED的發(fā)展趨勢(shì)看，初期OLED將以單彩無源PM-OLED產(chǎn)品為主，主要應(yīng)用在小型便攜式產(chǎn)品上，如手機(jī)、PDA、掌上游戲機(jī)、車載顯示器等，以發(fā)揮體積小功耗低的優(yōu)勢(shì)。2～3年后，隨著低溫多晶硅技術(shù)的發(fā)展和完善，可生產(chǎn)13～15英寸乃至更大尺寸的有源AM-OLED顯示屏，產(chǎn)品延伸至筆記本電腦、電視等領(lǐng)域。研究人員已用彎曲的塑料基板替代現(xiàn)有的玻璃面板，實(shí)現(xiàn)了軟屏顯示，柔軟的OLED顯示屏批量生產(chǎn)后還可望進(jìn)入電子紙市場(chǎng)，另外白光OLED可能在未來成為新型平面光源。
2001年，Sony和三星公司分別研制成功13英寸和15.1英寸有源有機(jī)發(fā)光顯示屏;2002年，17英寸TFTOLED樣機(jī)由日本東芝公司研制成功;2003年，日本索尼更推出了24英寸TFTOLED樣品;2004年5月，愛普生公司推出了40英寸采用噴墨技術(shù)制備的高分子OLED顯示器，并預(yù)計(jì)2007年將可以提供產(chǎn)品。
OLED目前存在的主要問題
OLED雖然已有了長足進(jìn)展并已給平板顯示領(lǐng)域帶來新的曙光，業(yè)界已經(jīng)不再懷疑OLED的光明前景。但同傳統(tǒng)顯示器產(chǎn)業(yè)不同的是，OLED技術(shù)仍然處在發(fā)展期，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是OLED仍有很多關(guān)鍵技術(shù)處于空白狀態(tài)，無法最大程度發(fā)揮出OLED的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì);二是不論是產(chǎn)品開發(fā)還是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，仍沒有完全成熟標(biāo)準(zhǔn)的方案，OLED設(shè)備已經(jīng)能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求，但還沒有標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備廠家對(duì)OLED生產(chǎn)技術(shù)的了解遠(yuǎn)不如擁有長期研發(fā)和中試生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的OLED業(yè)者。借鑒目前全球OLED廠商發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，一些業(yè)者在技術(shù)積累不充分的情況下直接進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，不得不在大生產(chǎn)線上進(jìn)行本應(yīng)在中試線上進(jìn)行的技術(shù)積累，造成了資金、設(shè)備、人力和時(shí)間的浪費(fèi)。
有機(jī)功能材料仍是OLED最主要的制約因素，OLED三基色發(fā)光材料的發(fā)展很不平衡，綠光材料發(fā)展最快，已滿足實(shí)用化需要。相比之下，紅光材料的量子效率較低，色飽和度較差。藍(lán)光材料的問題最大，不僅量子效率偏低，穩(wěn)定性也是大問題，目前藍(lán)光材料的穩(wěn)定性剛剛達(dá)到幾千小時(shí)，僅能滿足部分領(lǐng)域的應(yīng)用。
能否以較低的成本制作彩色顯示器件，關(guān)系到OLED的應(yīng)用范圍能否迅速擴(kuò)展。目前的彩色化方案主要有“RGB三色發(fā)光法”、以藍(lán)光材料為基礎(chǔ)的“色變換法”和以白光發(fā)光層搭配彩色濾光片的“白光法”等，三種方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何獲得大批量、高成品率、低成本、長壽命的彩色OLED產(chǎn)品，已成為全球性的研究重點(diǎn)。目前RGB三基色法為實(shí)現(xiàn)彩色的主要方式，藍(lán)光+CCM法、白光+CF法是非常有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)發(fā)展方向。同時(shí)材料的壽命和發(fā)光材料亮度衰減的一致性也是突破彩色化需要解決的問題。
由于OLED中的有機(jī)功能層對(duì)水、氧非常敏感，OLED對(duì)封裝工藝的要求要比LCD嚴(yán)格得多。封裝工藝是目前影響OLED產(chǎn)品壽命的最主要因素之一，同時(shí)封裝設(shè)備也是非常關(guān)鍵的因素，OLED的封裝工藝和封裝設(shè)備都有很大的發(fā)展余地。
顯示效果除了與屏的質(zhì)量有關(guān)外，與模塊驅(qū)動(dòng)技術(shù)也有關(guān)系。目前，單色、多色驅(qū)動(dòng)IC已經(jīng)比較成熟，但款式有限，一般只有通用的幾款;彩色驅(qū)動(dòng)IC難度較大，仍需要改進(jìn)。我國內(nèi)地還沒有能設(shè)計(jì)OLED專用IC的公司，國際上實(shí)力比較強(qiáng)的是美國的Clair公司和我國香港的Solomon公司，韓國和我國臺(tái)灣省也有多家公司在從事OLED專用IC的設(shè)計(jì)工作。制膜技術(shù)是制備OLED的核心工藝，為了解決制膜成本和制膜速度的問題，人們提出了噴墨法和印刷法等技術(shù)。噴墨法是劍橋顯示技術(shù)公司(CDT)和精工愛普生的專利技術(shù)。以往噴墨法和印刷法僅限于高分子材料制膜，但因?yàn)樾》肿悠骷趯?shí)用化和性能方面更成熟，已有單位開始研究可溶性小分子制膜工藝。
目前，全球已經(jīng)量產(chǎn)的OLED生產(chǎn)線已有十幾條，但沒有一條解決了OLED大規(guī)模生產(chǎn)所面臨的全部問題。隨著OLED產(chǎn)業(yè)化的臨近，OLED設(shè)備也將成為頗有前途的產(chǎn)業(yè)，在這方面我國還比較落后，也是很需要關(guān)注的。
OLED的產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路
OLED產(chǎn)業(yè)正處于市場(chǎng)成長期，多家公司進(jìn)入了規(guī)模化量產(chǎn)，產(chǎn)品種類繁多，產(chǎn)品技術(shù)逐漸被上下游廠商認(rèn)可，形成較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈，切產(chǎn)業(yè)鏈正在不斷成熟。
在未來，OLED市場(chǎng)的規(guī)模不會(huì)太大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)太激烈，相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)而言廠商之間更多的是合作，合作開拓市場(chǎng)，擴(kuò)大市場(chǎng)蛋糕。市場(chǎng)會(huì)在未來較長一段時(shí)間內(nèi)處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。相對(duì)而言，OLED的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)可能更多的會(huì)表現(xiàn)在技術(shù)開發(fā)方面。專利的申請(qǐng)、新材料、新技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用能力是OLED廠商能否在未來競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地的關(guān)鍵因素。
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