OLED技术发展和产业化趋势

OLED技术发展和产业化趋势zjlmhwq摘要2008年是全球OLED产业发展的关键一年，自SONY在日、北美市场销售11吋OLED电视开始，被公认为是最理想和最具发展前景的下一代显示技术与照明技术的OLED已成为巨人级厂商关注和投资的热点之一，其它公司纷纷跟随。本文从技术和产业化的角度（包括材料、设备和制造等）分析了目前最新的发展现状。AMOLED将是产业化发展的主要方向，低温多晶硅（LTPS）技术将是AMOLED尺寸大型化的关键因素之一，绿色节能环保的OLED照明前景也非常值得关注。关键词AMOLED1概述与其它FPD相比，OLED具有更薄、更轻、主动发光、视角广、清晰度高、响应快速、能耗低、抗震性能好以及具有柔性和环保设计等优点。OLED的设计重量要比LCD轻得多，它对材料和工艺的要求都比LCD减少约1/3，据估计OLED量产时的成本要比LCD至少节省20%，在生产成本和产品性能上奠定了优势基础。所以OLED对以LCD为主流的几乎其它所有平面显示产品都构成了威胁，被公认为是最理想和最具发展前景的下一代显示技术和照明技术，可应用于显示、液晶背光源、固态照明和其它拓展领域。根据发光材料的不同，OLED可以分成三类，即：小分子OLED、聚合物OLED（PLED）和镧系有机金属OLED（稀土OLED）。小分子OLED一般采用蒸镀的方法，聚合物PLED一般采用甩膜或喷墨打印等方法。根据驱动电路与基板的关系，分为无源驱动PMOLED和有源驱动AMOLED。小分子型器件一般为多层结构，高分子型器件大多为单层结构。OLED产业研究包括：OLED材料和器件；OLED面板和制造方法；OLED电源和驱动方式等。OLED发展时间相对来说还很短，技术上还有很多不成熟的地方，另外产业规模也没有起来，导致成本过高。2005年-2006年OLED走入低谷，直接原因就是液晶显示器的降价，致使OLED的应用陷入困境，许多从事OLED技术研发和应用的企业倒闭，其实归根到底是技术的原因。在历经2006年各公司纷纷退出OLED产业或停止OLED研发的寒冬冲击之后，OLED的发展似乎面临瓶颈，仅能固守手机等小尺寸领域。07年底SONY11吋OLEDTV的发售，开启了OLED电视的新纪元，成为有机半导体工业发展的强大推动力，迈出了在提出概念20年之后走向产业化的开春第一步。韩、日、台等国家或地区的公司在不同展览会中纷纷展示其研发成果，甚至发布了量产时间表。DisplaySearch2008年12月的调查报告显示，预计在未来7年内，OLED显示器的出货量复合年增长率将达到20%，预计未来7年OLED电视出货量复合年增长率将有可能高达126%。AMOLED在性能方面非常适用于电视机，2008年只有索尼OLED电视在市场上有销售，2009年CES(美国消费电子展)上索尼、三星、LG等纷纷展示多款15英寸-32英寸OLED电视。图1各种显示技术性能比较图2OLED应用OLED的产业化还处于缓慢发展阶段，产业化的障碍有以下四点：材料寿命；低温多晶硅（LTPS）的成品率；制造设备问题；工艺流程带来的成品率问题。今后，除了进一步改善材料（特别是蓝光材料）器件性能和开发新的材料体系外，在显示面板上主要解决局部不均匀与面板整体不均匀问题、面板的解析度问OLED技术发展和产业化趋势12008年11月30日[键入文字]题、面板的超薄膜化问题、薄膜封装问题和低成本化工艺技术问题等。实际上，要与液晶显示在显示领域一决天下，最终要解决的就是成本问题，目前各公司均使用第3.5代或第4.5代的HALFCUT(半截)式玻璃基板，要降低有机显示面板的成本，就必须采用全尺寸的玻璃基板，同时还需要进一步提高生产效率和产量。为了扩大量产规模和扩大基板尺寸，就必须提供更大的设备。另外，目前的材料利用率还不足5%，至少要提高到20%以上才能体现材料的成本优势。OLED的商用化在1997之后的十年中得到了切实的发展，OLED的效率平均每年都要提高一倍，符合LED的Haitz定律。迄今1-3吋的小尺寸单色和彩色PMOLED面板已经在手机副屏和主屏、小型音乐播放器等领域得到了应用，年产量超过7000万片。但我们不能指望PMOLED在显示领域会有更大的发展，因为其在大尺寸化和高清晰化方面存在严重的技术局限，今后的主流应该是AMOLED。据韩国Displaybank公布的业绩调查结果，08年一季度AMOLED面板的供货量为272万3000块，是上年同期的28倍左右，其发展速度之快可见一斑。AMOLED往往采用顶发射、反转型和微腔型器件结构以及它们的组合，07年12月份上市的SONY11吋XEL-1型OLED电视即采用了顶发射+彩色滤光片+微腔结构。无机LED照明技术在最近两三年才取得了突破性进展，缘于GaN蓝光LED的投入实用，比红光LED晚了10年以上；而液晶在20世纪60年代第一款计算器屏幕到现在已历经40年才取得如此辉煌的市场地位；所以，我们有理由期待美伦美奂的OLED时代，尽管产业化道路还很崎岖。OLED，平板电视市场的希望之星从此路线图我们也可以看出OLED普及还有一段路要走当前OLED产业发展急需解决三个问题：第一，降低成本。第二，提高寿命，这是OLED进入电视等耐用消费市场重要的一步。第三，加强应用开发，尤其是在手机和移动显示领域，加强上下游产业的配合，充分发挥OLED的技术优势。在2009年初美国消费电子展上，我们看到了从15英寸到32英寸的众多OLED(有机发光二极管)产品，2009年OLED似乎正在进入快速发展时期。有资料显示，OLED大尺寸研究和产业化正在不断升温，虽然受国际金融危机的影响，但研究步伐并未停止和改变。目前来看，寿命和成本仍然是OLED发展过程中比较大的问题。目前OLED在7英寸以上的产品与LCD的成本或价格差距可达到几十倍，生产良率低等问题也未彻底解决，所以真正进入市场还面临很大困难。我们知道，成本和寿命是目前OLED存在的主要问题。成本能不能下降，成品率是非常关键的因素，目前来看，OLED的成品率还明显低于LCD。寿命也是OLED目前发展过程中比较大的问题，寿命与有机发光材料本身有很大关系，有资料显示，索尼OLED显示寿命可以达到3万小时，但这也只是实验室数据。从最近5年OLED的发展历程看，OLED的技术在不断推进，但产业确实是在螺旋上升。目前国内OLED技术研发确实很火热，无论是企业还是研究机构都非常关注OLED技术的发展。中国OLED热潮兴起，较大的事件是维信诺OLED大规模生产线投产。2008年，维信诺OLED大生产线在第四季度投产后，迅速进入国内外市场，产品应用领域涉及便携式消费类产品、仪器仪表、医疗仪器等方面。3G或是OLED产业新机遇。几年前小尺寸显示领域，如：MP3、MP4以及手机副屏(部分主屏)等，都能看到OLED的身影，目前OLED在小尺寸显示屏应用方面应该说比前几年应用得更多了，OLED显示屏的市场份额是在不断增大的，但由于技术的进步，其价格下降的速度也很快，导致市场份额增大但销售额并没有随之OLED技术发展和产业化趋势22008年11月30日[键入文字]增长。在小尺寸应用方面，诺基亚是积极推动和倡导者，诺基亚曾经宣布把手机主屏全部更换为OLED。2009年年初我国3G牌照正式发放，由于OLED的动态图像表现好，3G一定会给OLED带来发展机会，这是肯定的。OLED良好的动态图像表现也非常适合3G的需求。此外，从终端推广来看，3G也需要新的卖点，OLED作为新的显示技术应该可以成为3G卖点之一。随着3G手机、网络电视等产业的发展，OLED在高档移动显示领域的应用将有广阔的前景。2抓住商机强化基本应用拓展OLED新兴领域从2009年开始许多厂商开始扩大AMOLED的应用范围，从笔记本电脑到薄型平面电视等大尺寸显示器领域，出货量增加也会刺激市值不断提高。令国人自豪的是OLED显示器用于显示宇航员舱外行走时航天服的状态数据。清华大学从2004年开始承担“神七”舱外航天服OLED显示器的研发工作，针对苛刻的外太空环境要求，对OLED屏体材料、结构、制备工艺等进行了专门研究，解决了高真空、力学振动冲击、高低温、电磁干扰等技术问题，最终在工艺设计、可靠性方面达到了航天要求。此次将OLED产品应用于航天飞行宇航服在世界上尚属首例，其成功应用是我国航天服研制上的一大创新。随看rolltoroll技术在OLED的应用,用柔性材料的基板替代玻璃基板,柔性显示屏和照明面板产品的生产不久将成为现实。OLED在显示领域的应用：从性能角度来看，荧光型有机分子材料体系已足够满足要求，荧光型有机分子材料具有高稳定性的优点，通过器件结构的设计和相关辅助材料的匹配，红、绿、蓝荧光型有机分子材料的器件效率分别达到了12cd/A、36.3cd/A和11.4cd/A，在1000cd每平方米的初始亮度下，寿命分别达到了15万、6.2万和2万小时，即使是荧光型白光OLED，其效率也达到了16cd/A，寿命超过了7万小时。（1）商业领域：主要应用在POS机和ATM机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示器以及公共场所大型显示屏幕。（2）通信领域：主要应用于手机、可视对讲系统、移动网络终端、电子图书等产品的显示屏。（3）计算机领域：主要用于家用和商用计算机（PC工作站等）、PDA和笔记本电脑显示屏。（4）消费类电子产品：主要应用于装饰用具、音响设备、计算器、数码相机和摄像机、便携式DVD、掌上游戏机和各种家用电器的显示屏。OLED显示的发展趁势是AM-OLED，尺寸从小到大，用于电视、大型显示屏等领城。（5）工业应用：主要应用于各类仪器仪表、手持设备等的显示屏。（6）交通领域：主要应用于GPS、车载音响和电话、飞机仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。甚至在军事领城,如军用徽显示器等。OLED在照明领域的应用：OLED照明具有节能、环保等优点，OLED照明在背光源、办公室、家居、汽车、飞机内部照明,和针对性照明、标示牌照明、室内装饰、演出照明等功能性照明方面将有广泛的应用前景。OLED的轻薄、面发光特点结合柔性基板的柔软性和延毡性特性,通过采用不同光色的OLED组合,构成照度柔和的各种模块,赋予未来居室照明的全新设计理念,居室照明的光源可能来源于地面、墙面、窗台、家具、饰物等，居室照明将不再局限于单个灯具,照明可以实现无照明器具感的整体照明效果。由于OLED光源不同于传统照明的全新特点,它将带动和拓展全新的OLED照明设计、照明工程、灯具等相关领域的创新和发展。要达到照明对高功率效率（至少大于50lm/W）的要求，荧光型有机分子材料体系已经无法满足要求，必须使用效率更高的磷光有机分子材料体系，但与稳定性更好的荧光型有机分子材料体系相比，磷光有机分子材料还存在稳定性和高电流密度下效率降低的问题，这也是白光OLED在照明领域应用首先必须解决的最重要的问题。同样地，照明白光OLED也存在大面积化和加工成本的问题，必须从制造工艺上给予解决。尽管OLED灯的成本仍然高于普通照明技术，但多出来的成本完全可以被OLED寿命更长、效率更高的优势所抵销掉。2008年，OLED的使用寿命从24K小时延长到了100K小时。美国能源署预计OLED照明的效率2012年就可以达到150lm/W，比原来预测的2014年足足提前了两年。OLED在各方面的进步将促进总体照明市场营收在2015年达到23亿美元。2008年，照明设计师IngoMaurer推出了全球首个OLED“功能台灯”，GE的研究人员正在研发发光窗帘和发光墙纸。到2015年，OLED在建筑和工业照明方面的销售额将达19亿美元。OLED技术发展和产业化趋势32008年11月30日[键入文字]OLED在LCD背光领域的应用：随着对环保的日益重视,新的无污染OLED背光源将作为LCD背光源,传统的背光涯主要来用冷阴极荧光灯CCFL,虽然CCFL具有很好的特性,但是因含汞而易引起环境污染,并且色饱和度也不够。OLED无