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主要國家和地區OLED產業概況和技術進展

來源:中投投資咨詢網 2019-11-05 09:21中投投資咨詢網 A-A+

  相比液晶顯示(LCD),有機發光二極管(OLED)屏幕更輕薄、響應時間更短,可視角范圍更大,在移動端、可穿戴設備、虛擬現實/增強現實(VR/AR)設備等領域具有明顯優勢。市場對柔性顯示的需求更是OLED取代LCD的重要推力。三星集團(簡稱“三星”)、LG集團(簡稱“LG”)等主流顯示廠商已經相繼關停LCD產線,并擴大OLED產線,OLED逐步取代液晶顯示器(LCD)的趨勢已經十分明顯,柔性OLED屏幕有望在2年后成為主流顯示器件。

  一、主要國家和地區概況

  當前,全球LCD的需求出現停滯,LCD行業開始面對產能過剩的危機。韓國主要面板企業已經將發展重心轉移到OLED技術,以通過在OLED領域的先發優勢搶占市場,并推動OLED面板市場份額擴大。OLED面板企業主要集中在韓國、日本和我國臺灣地區。

  1.韓國

  一直以來,韓國顯示行業都處于世界領導地位。韓國政府將OLED列為下一代重點項目之一,計劃減免稅收、削減關稅,并為企業提供各種政策支持,進一步穩固提高韓國OLED產業在全球市場的領先地位。以三星、LG為首的面板企業在OLED技術和產業方面的優勢非常明顯。

  三星重點布局移動設備端的主動矩陣有機發光二極管(AMOLED)技術,目前在全球范圍已經占據95%的市場份額。三星中小尺寸OLED在專利、技術、生產設備方面已經具有大量積累,其中小尺寸OLED技術已經領先業界2~3年時間。2015年,三星顯示器投入36億美元增設一條OLED產線,產品主要為手機、平板電腦等中小尺寸消費電子產品提供OLED面板。三星大尺寸OLED面板方面,僅有一條8.5代產線,提供每年12萬片OLED面板。產品主要供三星AMOLED電視和OLED面板的量產以及技術實驗。由于三星一直使用“低溫多晶硅技術(LTPS)背板+RGB OLED”技術路線,造成大尺寸OLED面板一直難以突破技術瓶頸,產品良率低、成本高,已經暫停OLED電視面板的擴產計劃。

  LG主要發力并已經主導了OLED電視面板市場。LG有2條8.5代OLED產線:E3、E4,各自采用不同的工藝流程,主要生產55英寸和65英寸OLED面板。其中E3產線建成時間較早,每片玻璃基板可生產2塊65英寸面板,E4產線每片基板能生產3塊65英寸面板。2015年11月開始建設9代以上OLED面板產線。目前LG的OLED面板良率已超過80%,與LCD相當。2016年OLED面板銷量約150萬片。

  2.日本

  日本顯示行業近年來已經日漸衰落,在核心面板產能和市場份額方面已經被韓國全面超越,但在顯示領域的專利積累,以及上游產業鏈的材料、設備等方面仍然具有優勢,在世界范圍內,其顯示領域綜合實力依然領先。

  日本索尼(Sony)公司(簡稱“索尼”)是最早的OLED電視廠商,在中小尺寸OLED面板領域擁有大量專利和成熟技術。松下擁有半導體顯示全產業鏈運作經驗和技術,在OLED面板技術布局較早,具備深厚積累。日本Tokki集團和UlvacInc公司是全球領先的OLED沉積設備生產商。具備這些基礎,日本政府開始整合行業主攻OLED面板。2014年,索尼、松下(Panasonic)電器產業株式會社、日本創新網絡公司(INCJ)、日本顯示公司(JDI)共同建立JOLED Inc.公司,主營中小尺寸OLED面板生產,為筆記本電腦、平板電腦、電子廣告牌等提供10~30英寸OLED面板。JOLED公司整合了索尼、松下等企業的成膜技術、柔性面板技術、氧化物半導體技術、JDI的面板相關技術。生產方面,JOLED采用松下的“印刷式”量產技術,于2016年下半年開始試產。

  3.臺灣地區

  我國臺灣地區的群創光電股份有限公司(簡稱“群創光電”)和友達光電股份有限公司(簡稱“友達光電”)面板出貨量在全球市場占有較高的份額。其中,群創光電筆記本與電視面板全球出貨量排名第2,友達光電的電腦顯示器面板全球出貨量排名第2,2家公司合計約占全球市場的30%。隨著全球LCD面板企業紛紛轉向OLED技術,臺灣顯示面板企業也開始著手OLED面板研發,但產能遠低于韓國和日本企業。目前僅有群創光電于2017年進行了OLED面板試產。群創正在擴建一條6代LTPS產線,產能約23 000片基板每月,同時生產LCD和AMOLED面板。2017年3月,鴻海集團收購了夏普,進一步加速了臺灣在OLED面板業務進度。

  二、OLED材料與技術研究進展

  1.器件制備技術

  臺灣國立交通大學的Chang等人[2]利用旋涂和刮涂的方法制備了綠光小分子OLED。器件的空穴注入層材料是聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS),空穴傳輸層為1,2,4,5-四(三氟甲基)苯(TFB),這2層利用旋涂工藝制備。發光主體材料使用γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷(TBD)、PBD和聚乙烯咔唑(PVK),發光客體材料為Ir(mppy)3,電子傳輸層為1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi),這2層利用刮涂法制備。他們指出,聚乙二醇/鋁(PEG/Al)混合電極器件性能最佳,效率可達到25cd/A,相較于單獨Al點擊的OLED,啟動電壓也得到降低。

  德國卡爾魯厄理工學院的Serpil T.等人通過旋涂本征SM以及SM和UHMW-PS的混合物(其比例包括20:3和20:4)作為發光層,制備出柔性SMOLED。他們通過對比結果得到,當SM和UHMW-PS的混合比例為20:3時,器件性能達到最佳,光度效率達到7.7cd/A。

  韓國理工大學(原韓國技術教育大學)的Choi K.J.等人通過單獨涂布SM以及PVK,以及混合涂布SM和PVK,蒸鍍SM作HTL的4種情況,研究了其對器件性能的影響。器件面積為43mm×29mm,他們得到,SM和PVK混合作為空穴傳輸層的器件發光效率最高,達到28.7lm/W。這種氣相輔助溶液技術還處于研究中,可以預見結合蒸鍍技術以及涂布技術將會獲得重要應用。

  噴墨打印技術是目前制備OLED的最佳技術,其具有器件制備快,原料利用率100%等優點。目前已經部分實現產業化,并獲得三星、LG、JOLED等大廠的關注。荷蘭Holst中心的Michiel J.J.和Coenen等人[5]利用無鹵化劑的溶劑配成墨水,印刷了3種功能層,并制備出2種顏色OLED,獲得非常好的均勻性和亮度。這種工藝也適用于R2R工藝進行大面積柔性OLED的生產。

  2.OLED材料

  Liang等人利用鈴木偶聯反應,合成了SAFBI和SBFBI。這是2種新型苯并咪唑附螺[苯并芴]衍生物,他們對其光學和光化學性質進行了研究。器件發出明亮的藍光,器件表現出較好的性能,在高亮度時衰退程和顏色變化程度都非常小。器件電流效率為1.96cd/A,CIE色度坐標 (0.15,0.10),發光效率為1.34lm/WSBFBI和SAFBI分子構成單元相同。根據器件的電致發光實驗結果,能夠推斷改變2個苯并咪唑單元之間螺苯并芴核心的構成,能夠使發光從天藍色變化到深藍色。他們的實驗給出了基于螺芴衍生物的深藍色發光材料的設計和制備方法?根據文獻記錄情況,這是世界首例基于螺[苯并芴]衍生物材料的非摻雜深藍色發光器件。

  大多數芳胺類材料能夠通過電子、空穴導電,因此,芳胺類材料也成為一類重要的藍光發光材料。Denneval等人研究了一系列嘧啶發色團的光電性質,他們對該族化合物的吸收峰值預測精度為±18nm,發光波長峰值精度±39nm。利用他們的方法對相關染料的光學性質進行測試,能快速找出優化的生色團。同時,還利用這種方法對其他族材料生色團進行研究。

  Ouyang等指出,同時利用電荷和材料內激子是獲得搞笑熒光發光OLED的一種有效途徑。根據他們的研究結果,扭曲的分子內電荷轉移(TICT態),平面分子內電荷轉移(ICT態)和局部激發態(LE態)被證實能夠在基于苯并咪唑和三苯胺衍生物的施主和受主衍生物熒光發射體內增加單個激子的產生幾率,進而提高熒光發射。他們系統的研究了該材料在特殊的TICT、ICT態下的的合成、光學性質以及電致發光性質,并且在高亮度模式下效率降低非常小,獲得了穩定的藍光輸出。

  3.柔性OLED

  韓國高等技術研究院的Kim Woohyun等人[9]制備出了世界首例在軟纖維上OLED,適用于可穿戴設備。由于聚氨酯(PU)和聚(乙烯醇)(PVA)層的韌性特性而僅略微降低裸露織物的彎曲剛度,通過包括層壓和旋涂的簡單制造工藝被用作平坦化層。因此,裸露的織物基底的許多機械特性被保留在平坦化的織物基底中。他們通過考慮光學微腔效應而設計的非倒置的頂部發光OLED,并利用熱蒸發制備出器件。在經歷1 000次曲率半徑為5mm的彎曲實驗之后,器件仍然表現出可靠的綠光發射,發射角度為70°。在他們的另一項研究中,還通過浸漬涂布(Dip-Coating)的方法制備出柔性OLED,同樣獲得較好的器件性能。

  彭慧勝等報告了一種顏色可調的可編織纖維狀聚合物發光電化學電池(PLEC)。 光纖形狀的PLEC是使用全解決方案制造的,可以放大實際應用。該設計具有包括改性金屬線陰極和導電定向碳納米管片狀陽極的同軸結構,電致發光聚合物層夾在其間。纖維形狀提供獨特和有前途的優點。例如,亮度與視角無關,光纖形狀的PLEC可以提供各種不同的可調顏色,質量輕、靈活、耐磨,可以編織成發光衣服,以創造智能面料。他們的纖維狀聚合物發光電化學池(PLEC)如圖1所示。

  當前對可折疊器件的耐彎曲性要求都比較高,通常要求彎曲的曲率半徑為3mm左右。在實際的柔性器件中。臺灣AUOptronics公司的Lee等對比研究了對稱平面疊層(Symmetric Panel Stacking,SPS)的柔性器件設計方案和傳統CPL(CircularPolarizer)方案設計的器件。他們在60℃和90%的濕度下對2種方案設計的OLED器件進行對比測試,他們得到基于SPS方案設計的OLED器件表現出更好的穩定性,在正向和反向曲率半徑為3mm的彎折過程中未出現畫質減弱。

  三、結語

  當前OLED器件的研發主要朝著大尺寸、柔性、透明等方向進行。OLED已經在逐漸取代LCD,成為低耗環保的新型顯示設備。目前,OLED技術在小尺寸顯示領域已經實現了商業化,并逐步向大尺寸顯示領域進行市場化擴展。OLED結構簡單,理論上制造成本低于LCD。但目前由于良率難以提高,價格一直居高不下;同時,對于柔性及可穿戴OLED器件而言,柔性基板、柔性TFT、ITO替代陽極及柔性封裝技術上都還需要獲得突破。這些原因都限制了OLED的大面積推廣。然而,OLED制造技術正在不斷成熟,產能不斷提升,制造成本也獲得大幅下降,OLED大規模應用的條件已經基本成熟。OLED作為智能產品的上游制造業已經備受關注,市場潛力非常大。我國企業必須把握好OLED產業,在新一代顯示技術領域中占據有利位置。

關鍵詞:OLED產業 顯示行業
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