透析OLED器件發(fā)展道路與未來(lái)可能的前景

　　有機發(fā)光顯示器(OrganicLight-EmittingDiodeDisplay，OLED)具有視角寬、成本低、厚度薄、響應速度快、對比度高、可實(shí)現軟屏顯示等優(yōu)點(diǎn)，在多元化的平板顯示器市場(chǎng)中被視為極具發(fā)展前途的新型顯示產(chǎn)品。市場(chǎng)研究公司iSuppli認為，OLED顯示器市場(chǎng)正在發(fā)生重大變化，它在產(chǎn)品與應用方面取得的進(jìn)步，正在為銷(xiāo)售的強勁增長(cháng)鋪平道路。

　　一、OLED技術(shù)的原理與特點(diǎn)

　　1、OLED的原理

　　OLED是指在電場(chǎng)驅動(dòng)下，通過(guò)載流子注入和復合導致發(fā)光的現象。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(yáng)極和陰極，在一定電壓驅動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)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(guò)輻射后發(fā)出可見(jiàn)光。輻射光可從ITO一側觀(guān)察到，金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作用。

　　2、OLED的分類(lèi)

　　根據使用有機功能材料的不同，OLED器件可以分為兩大類(lèi)：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)達到商業(yè)化生產(chǎn)水平。高分子OLED又被稱(chēng)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)遠未成熟。

　　根據驅動(dòng)方式的不同，OLED器件也可以分為無(wú)源驅動(dòng)型(PassiveMatrix，PM，亦稱(chēng)被動(dòng)驅動(dòng))和有源驅動(dòng)型(ActiveMatrix，AM，亦稱(chēng)主動(dòng)驅動(dòng))兩種。無(wú)源驅動(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(wú)源驅動(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(wú)源驅動(dòng)型;有源驅動(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，FOLED)顯示器有許多優(yōu)勢：可卷曲和折疊、更輕更薄、防撞擊等。全球許多研發(fā)機構和企業(yè)加大了對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不多的研發(fā)機構或公司推出了柔軟OLED樣品，以清華大學(xué)技術(shù)為基礎的北京維信諾公司已于2003年11月23日推出了我國內地首款單色點(diǎn)陣柔軟OLED顯示屏。

　　3、OLED的特點(diǎn)

　　有機發(fā)光顯示器件之所以受到人們的青睞，是因為其與LCD為代表的第二代顯示器相比，有著(zhù)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;具有低壓驅動(dòng)和低功耗特性，直流驅動(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(wú)真空腔，無(wú)液態(tài)成份，機械性能好，抗震動(dòng)性強，可實(shí)現軟屏顯示;具有快速響應特性，響應時(shí)間為微秒級，比普通液晶顯示器響應時(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攝氏度范圍內都可正常工作;具有高亮度特性，顯示效果鮮艷、細膩。

　　二、OLED技術(shù)的發(fā)展

　　有機發(fā)光顯示技術(shù)在過(guò)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遠遠高于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(guò)16lm/W，而磷光小分子器件的發(fā)光效率則已接近30lm/W，綠光器件的壽命達到了1萬(wàn)小時(shí)以上，紅光器件和藍光器件的壽命也已達到實(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(lái)越多，采用低溫多晶硅TFT驅動(dòng)的全彩色器件也已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái);白光OLED得到了廣泛的重視，目前的白光實(shí)驗片可以在100cd/m2的亮度下保持10萬(wàn)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(wèn)題。從長(cháng)遠來(lái)看，OLED未來(lái)的發(fā)展必將沿著(zhù)小尺寸-中尺寸-大尺寸-超大尺寸、單色-多色-彩色、無(wú)源-有源、硬屏-軟屏的脈絡(luò )進(jìn)行發(fā)展，最理想的OLED顯示器應該是LTPS-TFTOLED。

　　據統計，目前國際上與OLED有關(guān)的專(zhuān)利已經(jīng)超過(guò)6000份，其中最根本的專(zhuān)利技術(shù)有兩類(lèi)。小分子材料和器件的基本專(zhuān)利由美國Kodak公司所有，高分子材料和器件的專(zhuān)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(kāi)發(fā)也已取得突破，磷光材料的主要專(zhuān)利由美國UDC公司所有。當前小分子OLED全彩產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世，由于材料供應較為穩定，且不像PLED受限于彩色化困難的瓶頸，眾多廠(chǎng)商以小分子OLED為主流技術(shù)。

　　三、OLED的產(chǎn)業(yè)化現狀

　　在量產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟的情況下，OLED產(chǎn)業(yè)將持續成長(cháng)，世界各大光電廠(chǎng)商紛紛加入競爭行列。目前國際上從事有機發(fā)光顯示研究開(kāi)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(kāi)始進(jìn)行批量生產(chǎn)。歐美地區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(ài)普生等;韓國已有三星、LG電子、現代電子等10余家企業(yè)宣布涉足OLED產(chǎn)業(yè);我國臺灣省也有錸寶、東元激光、友達、悠景等多家廠(chǎng)商投入到OLED產(chǎn)業(yè)。

　　我國有30多家科研機構和企業(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(cháng)春光機所、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、廣東信利公司、TCL集團和五糧液集團等。其中，在從基礎研究到工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和中試生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，維信諾公司與清華大學(xué)一道建立了國內完善的OLED科研開(kāi)發(fā)體系。維信諾公司與清華大學(xué)建立了聯(lián)合實(shí)驗室，并通過(guò)該實(shí)驗室開(kāi)發(fā)了大量的專(zhuān)利技術(shù)，到目前為止，已經(jīng)申請了近40項國內外OLED專(zhuān)利，內容覆蓋了材料、器件結構、器件工藝和驅動(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(kāi)發(fā)的Know-how技術(shù)。據悉，維信諾公司擁有我國內地第一條OLED中試生產(chǎn)線(xiàn)，開(kāi)發(fā)出了多款產(chǎn)品，是目前我國內地第一家也是惟一一家能向客戶(hù)批量提供自產(chǎn)OLED產(chǎn)品的廠(chǎng)家。維信諾公司目前正在緊鑼密鼓地籌建OLED大規模生產(chǎn)線(xiàn)。

　　1998年，日本先鋒公司率先推出了OLED車(chē)載顯示器;2000年9月，Motorola推出第一部采用OLED顯示屏的手機;2001年12月，錸寶公司推出了使用自產(chǎn)的單色OLED顯示屏的手機產(chǎn)品;2002年9月起，三星公司開(kāi)始批量推出使用256色OLED副屏的手機;2003年，柯達推出第一部使用OLED顯示器的數碼相機;2003年下半年到現在，國內外有多家公司推出帶有OLED顯示模塊的手機產(chǎn)品和MP3產(chǎn)品。

　　據市場(chǎng)調研公司iSuppli的數據顯示，2003年OLED顯示器生產(chǎn)商共出貨1730萬(wàn)個(gè)OLED，其中東北先鋒占據了40%的市場(chǎng)份額，三星(SamsungOLED)占據了33%，錸寶占23%，SKD公司占約2%，其余2%被其他公司分享。手機副屏和汽車(chē)立體聲音響顯示屏幾乎壟斷了OLED的應用市場(chǎng)，兩者占到整個(gè)OLED產(chǎn)品應用市場(chǎng)98.1%的份額(出貨量計)，其他的應用包括數碼相機、MP3播放器、剃須刀、手機主屏和其他微顯示產(chǎn)品等。2004年，OLED顯示器生產(chǎn)商搭上數字隨身聽(tīng)的順風(fēng)車(chē)，找到另一個(gè)OLED可以發(fā)揮的市場(chǎng)——微型便攜數碼市場(chǎng)。我國臺灣省錸寶、悠景、東元激光等廠(chǎng)商，都已經(jīng)出貨給數字隨身聽(tīng)業(yè)者。業(yè)者估計，今年全OLED出貨3000多萬(wàn)片當中，七成是供給手機副屏用，三成是提供給數字隨身聽(tīng)之用。

　　DisplaySearch認為，隨著(zhù)在材料研究、生產(chǎn)工藝、成本控制、市場(chǎng)應用等方面的進(jìn)展，2003年以后OLED市場(chǎng)的增長(cháng)勢頭會(huì )更大，2008年，OLED市場(chǎng)將達到35億美元(約合人民幣290億元)，從2003年到2008年，平均年增長(cháng)率達68%。

　　OLED的市場(chǎng)趨勢從OLED的發(fā)展趨勢看，初期OLED將以單彩無(wú)源PM-OLED產(chǎn)品為主，主要應用在小型便攜式產(chǎn)品上，如手機、PDA、掌上游戲機、車(chē)載顯示器等，以發(fā)揮體積小功耗低的優(yōu)勢。2～3年后，隨著(zhù)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有的玻璃面板，實(shí)現了軟屏顯示，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(lái)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英寸有源有機發(fā)光顯示屏;2002年，17英寸TFTOLED樣機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(ài)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，并預計2007年將可以提供產(chǎn)品。

　　四、OLED目前存在的主要問(wèn)題

　　OLED雖然已有了長(cháng)足進(jìn)展并已給平板顯示領(lǐng)域帶來(lái)新的曙光，業(yè)界已經(jīng)不再懷疑OLED的光明前景。但同傳統顯示器產(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(wú)法最大程度發(fā)揮出OLED的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢;二是不論是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)還是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，仍沒(méi)有完全成熟標準的方案，OLED設備已經(jīng)能夠滿(mǎn)足大規模生產(chǎn)要求，但還沒(méi)有標準化，設備廠(chǎng)家對OLED生產(chǎn)技術(shù)的了解遠不如擁有長(cháng)期研發(fā)和中試生產(chǎn)經(jīng)驗的OLED業(yè)者。借鑒目前全球OLED廠(chǎng)商發(fā)展的經(jīng)驗，一些業(yè)者在技術(shù)積累不充分的情況下直接進(jìn)行大規模生產(chǎn)，不得不在大生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行本應在中試線(xiàn)上進(jìn)行的技術(shù)積累，造成了資金、設備、人力和時(shí)間的浪費。

　　有機功能材料仍是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(mǎn)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。藍光材料的問(wèn)題最大，不僅量子效率偏低，穩定性也是大問(wèn)題，目前藍光材料的穩定性剛剛達到幾千小時(shí)，僅能滿(mǎn)足部分領(lǐng)域的應用。

　　能否以較低的成本制作彩色顯示器件，關(guān)系到OLED的應用范圍能否迅速擴展。目前的彩色化方案主要有“RGB三色發(fā)光法”、以藍光材料為基礎的“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(cháng)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)現彩色的主要方式，藍光+CCM法、白光+CF法是非常有發(fā)展潛力的技術(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(wèn)題。

　　由于OLED中的有機功能層對水、氧非常敏感，OLED對封裝工藝的要求要比LCD嚴格得多。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)封裝設備也是非常關(guān)鍵的因素，OLED的封裝工藝和封裝設備都有很大的發(fā)展余地。

　　顯示效果除了與屏的質(zhì)量有關(guān)外，與模塊驅動(dòng)技術(shù)也有關(guān)系。目前，單色、多色驅動(dòng)IC已經(jīng)比較成熟，但款式有限，一般只有通用的幾款;彩色驅動(dòng)IC難度較大，仍需要改進(jìn)。我國內地還沒(méi)有能設計OLED專(zhuān)用IC的公司，國際上實(shí)力比較強的是美國的Clair公司和我國香港的Solomon公司，韓國和我國臺灣省也有多家公司在從事OLED專(zhuān)用IC的設計工作。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(wèn)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(ài)普生的專(zhuān)利技術(shù)。以往噴墨法和印刷法僅限于高分子材料制膜，但因為小分子器件在實(shí)用化和性能方面更成熟，已有單位開(kāi)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(xiàn)已有十幾條，但沒(méi)有一條解決了OLED大規模生產(chǎn)所面臨的全部問(wèn)題。隨著(zhù)OLED產(chǎn)業(yè)化的臨近，OLED設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。

　　五、OLED未來(lái)之路

　　OLED產(chǎn)業(yè)處于飛速發(fā)展階段，2003年被業(yè)界稱(chēng)為OLED產(chǎn)業(yè)化元年，其特征在于多家公司進(jìn)入量產(chǎn)階段，產(chǎn)品種類(lèi)顯著(zhù)增多，OLED產(chǎn)品逐漸被下游廠(chǎng)家所認可，上下游產(chǎn)業(yè)鏈逐漸配套，產(chǎn)業(yè)上游原材料和設備逐漸成熟，而下游需求量明顯加大，出現了嚴重的供不應求。

　　在未來(lái)一段時(shí)期內，OLED廠(chǎng)商間的產(chǎn)品規模和成本競爭不會(huì )太明顯，而是處于共同開(kāi)拓市場(chǎng)的階段，市場(chǎng)上主要表現是供不應求和OLED與LCD等傳統顯示器之間的競爭。相對而言，OLED廠(chǎng)商和研究單位直接的競爭主要表現在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，知識產(chǎn)權的布局、新材料、新器件結構、新工藝和后備技術(shù)的創(chuàng )新和應用能力將成為勝出的關(guān)鍵。