‧ 透析 OLED 器件發展道路與未來可能的前景

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有機發光顯示器（Organic Light-Emitting Diode Display，OLED）具有視角寬、成本低、厚度薄、回應速度快、對比度高、可實現軟屏顯示等優點，在多元化的平板顯示器市場中被視為極具發展前途的新型顯示產品。市場研究公司iSuppli認為，OLED顯示器市場正在發生重大變化，它在產品與應用方面取得的進步，正在為銷售的強勁增長鋪平道路。　 

　　　

一、OLED技術的原理與特點　　　　

1、OLED的原理　　　　

OLED是指在電場驅動下，通過載流子注入和複合導致發光的現象。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極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，然後分別遷移到發光層，相遇形成激子使發光分子激發，後者經過輻射後發出可見光。輻射光可從ITO一側觀察到，金屬電極膜同時也起了反射層的作用。　　　　

2、OLED的分類　　　　

根據使用有機功能材料的不同，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技術發展得較早（1987年），而且技術已經達到商業化生產水準。高分子OLED又被稱為PLED（PolymerLED），其發展始於1990年，由於聚合物可以採用旋塗、噴墨印刷等方法製備薄膜，從而有可能大大降低器件生產成本，但目前該技術遠未成熟。　　　　

根據驅動方式的不同，OLED器件也可以分為無源驅動型（PassiveMatrix，PM，亦稱被動驅動）和有源驅動型（ActiveMatrix，AM，亦稱主動驅動）兩種。無源驅動型不採用薄膜電晶體（TFT，ThinFilmTransistor）基板，一般適用於中小尺寸顯示；有源驅動型則採用TFT基板，適用於中大尺寸顯示，特別是大尺寸全彩色動態圖像顯示。目前，無源驅動型OLED技術已經比較成熟，商業化的產品絕大部分是無源驅動型；有源驅動型OLED技術發展很快，但還需要一定時間才能大批量推出商用產品。　

　　　

根據使用基板的材質不同，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）顯示器有許多優勢：可捲曲和折疊、更輕更薄、防撞擊等。全球許多研發機構和企業加大了對OLED柔軟顯示器的研發，但目前只有美國的UDC、日本的東北先鋒等為數不多的研發機構或公司推出了柔軟OLED樣品，以清華大學技術為基礎的北京維信諾公司已於2003年11月23日推出了中國內地首款單色點陣柔軟OLED顯示幕。　　　　

3、OLED的特點　　　　

有機發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，有著突出的技術優點：具有低成本特性，製程簡單，使用原材料少；具有自發光特性，不需要背光源；具有低壓驅動和低功耗特性，直流驅動電壓在10伏以下，易於用在可擕式行動顯示終端上；具有全固態特性，無真空腔，無液態成份，機械性能好，抗震動性強，可實現軟屏顯示；具有快速回應特性，回應時間為微秒級，比普通液晶顯示器回應時間快1000倍，適於播放動態圖像；具有寬視角特性，上下、左右的視角接近180度；具有高效發光特性，可作為新型環保光源；具有寬溫度範圍特性，在零下40攝氏度至零上85攝氏度範圍內都可正常工作；具有高亮度特性，顯示效果鮮豔、細膩。　

　　　

二、OLED技術的發展　　　　

有機發光顯示技術在過去十多年的時間裡取得了巨大的進展。在發光效率方面，OLED遠遠高於PDP、CRT的水準，目前螢光小分子器件的發光效率已經超過16lm/W，而磷光小分子器件的發光效率則已接近30lm/W，綠光器件的壽命達到了1萬小時以上，紅光器件和藍光器件的壽命也已達到實用化的基本要求。能夠推出全彩色OLED的公司和研究單位越來越多，採用低溫多晶矽TFT驅動的全彩色器件也已經被開發出來；白光OLED得到了廣泛的重視，目前的白光實驗片可以在100cd/m2的亮度下保持10萬小時之久。　　　　

OLED近期的技術發展方向是解決器件的成品率、壽命和彩色化問題。從長遠來看，OLED未來的發展必將沿著小尺寸－中尺寸－大尺寸－超大尺寸、單色－多色－彩色、無源－有源、硬屏－軟屏的脈絡進行發展，最理想的OLED顯示器應該是LTPS-TFTOLED。　　　　

據統計，目前國際上與OLED有關的專利已經超過6000份，其中最根本的專利技術有兩類。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也已取得突破，磷光材料的主要專利由美國UDC公司所有。當前小分子OLED全彩產品已經問世，由於材料供應較為穩定，且不像PLED受限於彩色化困難的瓶頸，眾多廠商以小分子OLED為主流技術。　　

　　

三、OLED的產業化現狀　　　　

在量產技術逐漸成熟的情況下，OLED產業將持續成長，世界各大光電廠商紛紛加入競爭行列。目前國際上從事有機發光顯示研究開發及產業化的公司有100家以上，其中一部分公司已開始進行批量生產。歐美地區也有眾多公司投入研發，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、現代電子等10餘家企業宣佈涉足OLED產業；臺灣也有錸寶、東元鐳射、友達、悠景等多家廠商投入到OLED產業。　　　　

中國有30多家科研機構和企業從事OLED的研發和產業化工作，主要包括清華大學、華南理工大學、吉林大學、上海大學、香港城市大學、長春光機所、北京化學所、北京維信諾公司、上海航太上大歐德公司、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開發和中試生產的整個過程中，維信諾公司與清華大學一道建立了中國完善的OLED科研開發體系。維信諾公司與清華大學建立了聯合實驗室，並通過該實驗室開發了大量的專利技術，到目前為止，已經申請了近40項中國與國際OLED專利，內容覆蓋了材料、器件結構、器件工藝和驅動電路等。

此外，維信諾公司和清華大學還積累了大量有關OLED研發和產品開發的Know-how技術。據悉，維信諾公司擁有我國內地第一條OLED中試生產線，開發出了多款產品，是目前我國內地第一家也是惟一一家能向客戶批量提供自產OLED產品的廠家。維信諾公司目前正在緊鑼密鼓地籌建OLED大規模生產線。　

　　　

1998年，日本先鋒公司率先推出了OLED車載顯示器；2000年9月，Motorola推出第一部採用OLED顯示幕的手機；2001年12月，錸寶公司推出了使用自產的單色OLED顯示幕的手機產品；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；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，市場上有多家公司推出帶有OLED顯示模組的手機產品和MP3產品。

據市場調研公司iSuppli的資料顯示，2003年OLED顯示器生產商共出貨1730萬個OLED，其中東北先鋒佔據了40%的市佔率，三星（SamsungOLED）佔據了33%，錸寶佔23%，SKD公司佔約2%，其餘2%被其他公司分享。

手機副屏和汽車身歷聲音響顯示幕，幾乎壟斷了OLED的應用市場，兩者佔到整個OLED產品應用市場98.1%的市佔率（出貨量計），其他的應用包括數碼相機、MP3播放機、剃鬚刀、手機主屏和其他微顯示產品等。2004年，OLED顯示器生產商搭上數位隨身聽的順風車，找到另一個OLED可以發揮的市場——微型便攜數碼市場。

臺灣錸寶、悠景、東元鐳射等廠商，都已經出貨給數位隨身聽業者。業者估計，今年全OLED出貨3000多萬片當中，七成是供給手機副屏用，三成是提供給數位隨身聽之用。
　　　　

DisplaySearch認為，隨著在材料研究、生產製成技術、成本控制、市場應用等方面的進展，2003年以後OLED市場的增長勢頭會更大，2008年，OLED市場將達到35億美元，從2003年到2008年，平均年增長率達68%。　　　　

OLED的市場趨勢從OLED的發展趨勢看，初期OLED將以單彩無源PM-OLED產品為主，主要應用在小型可擕式產品上，如手機、PDA、掌上遊戲機、車載顯示器等，以發揮體積小功耗低的優勢。2～3年後，隨著低溫多晶矽技術的發展和完善，可生產13～15英寸乃至更大尺寸的有源AM-OLED顯示幕，產品延伸至筆記型電腦、電視等領域。研究人員已用彎曲的塑膠基板替代現有的玻璃面板，實現了軟屏顯示，柔軟的OLED顯示幕批量生產後還可望進入電子紙市場，另外白光OLED可能在未來成為新型平面光源。　　　　

2001年，Sony和三星公司分別研製成功13英寸和15.1英寸有源有機發光顯示幕；2002年，17英寸TFTOLED樣機由日本東芝公司研製成功；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英寸採用噴墨技術製備的高分子OLED顯示器，並預計2007年將可以提供產品。　　　　

四、OLED目前存在的主要問題　　　　

OLED雖然已有了長足進展並已給平板顯示領域帶來新的曙光，業界已經不再懷疑OLED的光明前景。但同傳統顯示器產業不同的是，OLED技術仍然處在發展期，主要表現在兩個方面：一是OLED仍有很多關鍵技術處於空白狀態，無法最大程度發揮出OLED的技術特點和優勢；二是不論是產品開發還是產業化技術，仍沒有完全成熟標準的方案，OLED設備已經能夠滿足大規模生產要求，但還沒有標準化，設備廠家對OLED生產技術的瞭解遠不如擁有長期研發和中試生產經驗的OLED業者。借鑒目前全球OLED廠商發展的經驗，一些業者在技術積累不充分的情況下直接進行大規模生產，不得不在大生產線上進行本應在中試線上進行的技術積累，造成了資金、設備、人力和時間的浪費。　　　　

有機功能材料仍是OLED最主要的制約因素，OLED三基色發光材料的發展很不平衡，綠光材料發展最快，已滿足實用化需要。相比之下，紅光材料的量子效率較低，色飽和度較差。藍光材料的問題最大，不僅量子效率偏低，穩定性也是大問題，目前藍光材料的穩定性剛剛達到幾千小時，僅能滿足部分領域的應用。　　　　

能否以較低的成本製作彩色顯示器件，關係到OLED的應用範圍能否迅速擴展。目前的彩色化方案主要有“RGB三色發光法”、以藍光材料為基礎的“色變換法”和以白光發光層搭配彩色濾光片的“白光法”等，三種方案各有其優缺點，如何獲得大批量、高成品率、低成本、長壽命的彩色OLED產品，已成為全球性的研究重點。目前RGB三基色法為實現彩色的主要方式，藍光＋CCM法、白光＋CF法是非常有發展潛力的技術發展方向。同時材料的壽命和發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。　

　　

　

由於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。封裝技術是目前影響OLED產品壽命的最主要因素之一，同時封裝設備也是非常關鍵的因素，OLED的封裝工藝和封裝設備都有很大的發展餘地。　　　　

顯示效果除了與屏的品質有關外，與模組驅動技術也有關係。目前，單色、多色驅動IC已經比較成熟，但款式有限，一般只有通用的幾款；彩色驅動IC難度較大，仍需要改進。中國內地還沒有能設計OLED專用IC的公司，國際上實力比較強的是美國的Clair公司和香港的Solomon公司，韓國和臺灣也有多家公司在從事OLED專用IC的設計工作。制膜技術是製備OLED的核心技術，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。噴墨法是劍橋顯示技術公司（CDT）和精工愛普生的專利技術。以往噴墨法和印刷法僅限於高分子材料制膜，但因為小分子器件在實用化和性能方面更成熟，已有單位開始研究可溶性小分子製膜技術。　　　　

目前，全球已經量產的OLED生產線已有十幾條，但沒有一條解決了OLED大規模生產所面臨的全部問題。隨著OLED產業化的臨近，OLED設備也將成為頗有前途的產業，在這方面我國還比較落後，也是很需要關注的。　

　　　

五、OLED未來之路　　　　

OLED產業處於飛速發展階段，2003年被業界稱為OLED產業化元年，其特徵在於多家公司進入量產階段，產品種類顯著增多，OLED產品逐漸被下游廠家所認可，上下游產業鏈逐漸配套，產業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。　　　　

在未來一段時期內，OLED廠商間的產品規模和成本競爭不會太明顯，而是處於共同開拓市場的階段，市場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廠商和研究單位直接的競爭主要表現在技術開發方面，智慧財產權的佈局、新材料、新器件結構、新工藝和後備技術的創新和應用能力將成為勝出的關鍵。