OLED(有機發光顯示器)是繼CRT、LCD、LED及PDP(等離子顯示屏)之后的新一代平板顯示技術,具有顯著的新興產業特征。OLED是利用有機半導體材料在電場作用下發光的顯示技術,是一種新型的純固體(CRT和PDP等離子都擁有真空技術,LCD液晶則擁有液態技術)顯示技術,兼具CRT和LCD兩種顯示技術的優勢,具有自發光(無需背光源)、結構簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現柔性顯示等優點,被譽為“夢幻般的顯示技術”(見表1和表2)。
OLED兩大主要應用市場為顯示和照明,其中又以顯示應用發展較為快速。當前,OLED顯示技術要對市場產生真正的影響還需要克服一些挑戰。首先,OLED顯示屏制造工藝還不成熟,大尺寸屏難以量產。隨著OLED顯示屏尺寸的加大,成品率損失和制造損失也越來越大。其次,OLED顯示屏材料的使用壽命仍需要進一步提高。
按驅動方式分類,OLED器件又可分為無源驅動(又稱被動驅動,PM-OLED)與有源驅動(又稱主動驅動,AM-OLED)。PM-OLED器件不采用薄膜晶體管(TFT),一般適用于中小尺寸顯示。AM-OLED器件適用于中大尺寸顯示,特別是大尺寸全彩色動態圖像顯示。與PM-OLED相比,通常說的新型顯示指的是AM-OLED,其具有反應速度較快、視角較廣等特點,有更大的應用領域。相比于傳統的TFT-LCD液晶面板而言,AM-OLED面板有著機體薄、對比度高、色彩豐富、分辨率高、視角寬廣、耗電量低等諸多優點。另外,由于OLED面板內沒有液體分子,其抗震性能更好、耐低溫、結實耐用。同時,與毫秒級響應的TFT-LCD面板相比,AM-OLED面板的響應時間是其幾千分之一,不會出現拖尾和動態畫面抖動的問題。因此,AM-OLED已被業內共識為“新型平板顯示技術”。目前中小尺寸AM-OLED面板在高端手機上的應用已成定局,但在大尺寸電視方面還不足以產生革命。
2011年OLED技術進展快速,而2012年將是AM-OLED量產技術達到成熟并應用到大型化面板量產的開始。未來十年內,OLED技術將持續蓬勃發展,尤其在有機發光材料、有機材料鍍膜、電路驅動方式與封裝等技術上都有很好進展。雖然目前OLED最大量產玻璃基板為5.5代,而5.5代以上的量產成本結構尚不明確,但隨著AM-OLED技術的逐漸成熟穩定,AM-OLED面板制造商將開始導入量產于大尺寸應用上。
一般而言,OLED制造設備主要包括:有機蒸鍍和封裝等無源有機發光顯示(PM-OLED)用關鍵設備,濺鍍臺、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)系統、真空熱蒸發系統(VTE)等AM-OLED用薄膜晶體管(TFT)薄膜沉積設備,涂膠機、曝光機、干濕法刻蝕機等AM-OLED用TFT圖形制作設備,退火爐、退火氣體管道、激光退火設備等AM-OLED用TFT退火設備,TFT電學測試設備、OLED光學測試設備等AM-OLED用檢測設備,激光修補機等AM-OLED用缺陷檢測修補設備等。如表3所示,全球OLED設備制造商主要包括日本Tokki、Ulvac、Evatech公司、Anelva Technix、島津(Shimadzu)公司、精工愛普生(Seiko Epson)、凸版印刷(Toppan Printing)、大日本印刷(DNP),韓國Sunic system、Advanced Neotech System(ANS)、Doosan Engineering&Construction(斗山工程建筑公司)、Digital Optics &Vision(DOV)、Viatron科技(ViatronTechnologies)、STI公司、周星工程(Jusung Engineering)、McScience公司,美國科特•萊思科(Kurt J.Lesker)、Rolltronics公司、整體視覺(Integral Vision)公司、MicroFab公司,德國愛思強股份有限公司(Aixtron AG)、M布勞恩(Mbraun)公司,荷蘭OTBv公司等。
備注:
[①] 嚴格意義上的LED電視是指完全采用LED(發光二極管)做為顯像器件的電視機,一般用于低精度顯示或戶外大屏幕。目前中國大陸地區家電行業中通常所指的LED電視嚴格的名稱是“LED背光源液晶電視”,是指以LED做為背光源的液晶電視,仍是LCD的一種。它用LED光源替代了傳統的熒光燈管,畫面更優質,理論壽命更長,制作工藝更環保,并且能使液晶顯示面板更薄。
[②] OLED蒸鍍設備是OLED制造過程中的核心設施。它是把蒸發源的有機物加熱蒸鍍到基板上的設備。
[③]日本島津公司質譜儀是用來對OLED發光材料(如小分子材料)進行結構分析的儀器。
[④] 2010年,日本愛普生公司發明了一種叫做噴墨均一成膜的新技術,這種噴墨技術,可以使有機材料均勻沉積,意味著大屏幕OLED電視具備了實施量產的條件。使玻璃底板上的有機材料形成均勻薄膜層的工藝,是生產OLED電視的關鍵要素。目前,真空熱蒸鍍(VTE)是應用最為廣泛的一種技術。采用該技術的工藝流程必須在真空室中進行,要求緊鄰玻璃底板放置一塊遮光板,用以確定底板上沉積材料的圖樣。然而,真空熱蒸鍍技術在生產大屏幕OLED電視方面存在幾大缺陷。比如,遮光板極易受工藝流程中的高溫環境影響而發生偏移,導致很難在大尺寸底板上保持均勻的沉積率。噴墨印刷技術可以通過液態有機材料的均勻沉積形成薄膜層,因此,這種技術在理論上能夠更好地解決大顯示屏的尺寸問題。愛普生采用了與噴墨打印機相同的按需噴墨工藝,可以精確地按所需量將有機材料沉積在適當位置。由于噴墨系統對材料的利用率非常高,因此,制造商可以降低生產成本。此外,當應用于OLED電視生產流程時,由于無需使用遮光板,其工藝步驟將少于真空熱蒸鍍技術,因此,噴墨技術將有望大幅提高產量。
[⑤]目前,噴墨打印技術是制備OLED面板的主流技術。噴墨打印技術能有效解決大尺寸OLED面板制造中的有機材料均勻度問題。
[⑥] FASwitch(flexible array switch)是一種用于置換液晶面板等的開關器件里使用的薄膜晶體管TFT的器件。與現有TFT相比,FASwitch可以實現低成本大批量生產,如它不需要昂貴的真空制膜設備,而且超凈室的清潔度要求也比生產TFT工廠低2-3個數量級,因此,有望大幅度削減早期的設備投資。與現行TFT是電子開關不同,FASwitch是機械開關,它是利用靜電作用使背面的薄膜基板產生機械運動的原理:當帶有電極的前面基板和背面的薄膜之間是相互分離時,開關處于斷開狀態;當背面薄膜基板受靜電作用發生凹陷并與前面基板相接觸時,則開關處于接通狀態。在顯示器里,正是利用這樣的機械開關實現并控制各像素的接通或關斷。Rolltronics公司是位于美國硅谷的一家高科技公司。
[⑦] 德國愛思強股份有限公司(Aixtron AG)是全球半導體行業領先的沉積設備供應商,也是世界上最大的MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)設備生產商。2011年,愛思強公司營業收入高達8.62億美元。愛思強公司主要產品包括MOCVD設備,原子層沉積(ALD)設備,原子層氣相沉積(AVD)設備,化學氣相沉積(CVD)設備,有機氣相沉積(OVPD)設備,碳納米管和納米光纖生產設備,半導體納米導線設備等。其中,MOCVD設備是半導體照明(LED)產業外延芯片制造的關鍵核心設備,這一設備長期以來被德國愛思強Aixtron和美國VEECO所壟斷。MOCVD設備是中國LED產業發展的瓶頸。目前,中國大陸有近20家企業在研發MOCVD設備,并且部分企業已經有了一定進展。如青島杰生電氣有限公司、江西南昌黃綠照明公司均已研制成功GaN(氮化鎵)基MOCVD設備。目前,國產MOCVD設備面臨的最大問題是設備的推廣使用:首先,市場環境差,國產MOCVD設備生不逢時,前兩年LED產業投資過熱,企業進行大規模投資,目前包括三安、德豪潤達等在內的大企業,其設備開工利用率不足30%,消化目前的產能需要2-3年的時間,因此,未來幾年,國產MOCVD設備推廣前景并不樂觀。其次,設備關鍵零配件采購成本高。由于我國基礎工業落后,部分關鍵零配件需要進口,大大增加了國產設備的擁有成本。最后,國內廠商的自輕心理,不相信國產設備的品質,也阻礙了國產設備的推廣。
[⑧] 荷蘭OLED Technologies & Solutions 有限公司(簡稱荷蘭OTS)是全球領先的OLED自動設備設計和生產企業。自2004年以來,OLED Technologies & Solutions 有限公司(此前稱為OTBv Display 有限公司)為OLED顯示制造市場開發并提供了OLED顯示技術和設備。在這期間,OTS有限公司成為噴墨打印OLED顯示技術領域專家,向它的客戶提供他們所需的OLED顯示生產的整體解決方案。 OTS公司所生產的 連線式自動OLED生產系統淘汰了絕對無塵室,實現了生產單件OLED產品時,在較短時間內以最低操作要求取得高產量的目標,從而大大降低了生產成本和前期投入。
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