OLED(有机发光显示器)是继CRT、LCD、LED及PDP(等离子显示屏)之后的新一代平板显示技术,具有显著的新兴产业特征。OLED是利用有机半导体材料在电场作用下发光的显示技术,是一种新型的纯固体(CRT和PDP等离子都拥有真空技术,LCD液晶则拥有液态技术)显示技术,兼具CRT和LCD两种显示技术的优势,具有自发光(无需背光源)、结构简单、超轻薄、响应速度快、宽视角、低功耗及可实现柔性显示等优点,被誉为“梦幻般的显示技术”(见表1和表2)。
OLED两大主要应用市场为显示和照明,其中又以显示应用发展较为快速。当前,OLED显示技术要对市场产生真正的影响还需要克服一些挑战。首先,OLED显示屏制造工艺还不成熟,大尺寸屏难以量产。随着OLED显示屏尺寸的加大,成品率损失和制造损失也越来越大。其次,OLED显示屏材料的使用寿命仍需要进一步提高。
按驱动方式分类,OLED器件又可分为无源驱动(又称被动驱动,PM-OLED)与有源驱动(又称主动驱动,AM-OLED)。PM-OLED器件不采用薄膜晶体管(TFT),一般适用于中小尺寸显示。AM-OLED器件适用于中大尺寸显示,特别是大尺寸全彩色动态图像显示。与PM-OLED相比,通常说的新型显示指的是AM-OLED,其具有反应速度较快、视角较广等特点,有更大的应用领域。相比于传统的TFT-LCD液晶面板而言,AM-OLED面板有着机体薄、对比度高、色彩丰富、分辨率高、视角宽广、耗电量低等诸多优点。另外,由于OLED面板内没有液体分子,其抗震性能更好、耐低温、结实耐用。同时,与毫秒级响应的TFT-LCD面板相比,AM-OLED面板的响应时间是其几千分之一,不会出现拖尾和动态画面抖动的问题。因此,AM-OLED已被业内共识为“新型平板显示技术”。目前中小尺寸AM-OLED面板在高端手机上的应用已成定局,但在大尺寸电视方面还不足以产生革命。
2011年OLED技术进展快速,而2012年将是AM-OLED量产技术达到成熟并应用到大型化面板量产的开始。未来十年内,OLED技术将持续蓬勃发展,尤其在有机发光材料、有机材料镀膜、电路驱动方式与封装等技术上都有很好进展。虽然目前OLED最大量产玻璃基板为5.5代,而5.5代以上的量产成本结构尚不明确,但随着AM-OLED技术的逐渐成熟稳定,AM-OLED面板制造商将开始导入量产于大尺寸应用上。
一般而言,OLED制造设备主要包括:有机蒸镀和封装等无源有机发光显示(PM-OLED)用关键设备,溅镀台、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、真空热蒸发系统(VTE)等AM-OLED用薄膜晶体管(TFT)薄膜沉积设备,涂胶机、曝光机、干湿法刻蚀机等AM-OLED用TFT图形制作设备,退火炉、退火气体管道、激光退火设备等AM-OLED用TFT退火设备,TFT电学测试设备、OLED光学测试设备等AM-OLED用检测设备,激光修补机等AM-OLED用缺陷检测修补设备等。如表3所示,全球OLED设备制造商主要包括日本Tokki、Ulvac、Evatech公司、Anelva Technix、岛津(Shimadzu)公司、精工爱普生(Seiko Epson)、凸版印刷(Toppan Printing)、大日本印刷(DNP),韩国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,美国科特•莱思科(Kurt J.Lesker)、Rolltronics公司、整体视觉(Integral Vision)公司、MicroFab公司,德国爱思强股份有限公司(Aixtron AG)、M布劳恩(Mbraun)公司,荷兰OTBv公司等。
备注:
[①] 严格意义上的LED电视是指完全采用LED(发光二极管)做为显像器件的电视机,一般用于低精度显示或户外大屏幕。目前中国大陆地区家电行业中通常所指的LED电视严格的名称是“LED背光源液晶电视”,是指以LED做为背光源的液晶电视,仍是LCD的一种。它用LED光源替代了传统的荧光灯管,画面更优质,理论寿命更长,制作工艺更环保,并且能使液晶显示面板更薄。
[②] OLED蒸镀设备是OLED制造过程中的核心设施。它是把蒸发源的有机物加热蒸镀到基板上的设备。
[③]日本岛津公司质谱仪是用来对OLED发光材料(如小分子材料)进行结构分析的仪器。
[④] 2010年,日本爱普生公司发明了一种叫做喷墨均一成膜的新技术,这种喷墨技术,可以使有机材料均匀沉积,意味着大屏幕OLED电视具备了实施量产的条件。使玻璃底板上的有机材料形成均匀薄膜层的工艺,是生产OLED电视的关键要素。目前,真空热蒸镀(VTE)是应用最为广泛的一种技术。采用该技术的工艺流程必须在真空室中进行,要求紧邻玻璃底板放置一块遮光板,用以确定底板上沉积材料的图样。然而,真空热蒸镀技术在生产大屏幕OLED电视方面存在几大缺陷。比如,遮光板极易受工艺流程中的高温环境影响而发生偏移,导致很难在大尺寸底板上保持均匀的沉积率。喷墨印刷技术可以通过液态有机材料的均匀沉积形成薄膜层,因此,这种技术在理论上能够更好地解决大显示屏的尺寸问题。爱普生采用了与喷墨打印机相同的按需喷墨工艺,可以精确地按所需量将有机材料沉积在适当位置。由于喷墨系统对材料的利用率非常高,因此,制造商可以降低生产成本。此外,当应用于OLED电视生产流程时,由于无需使用遮光板,其工艺步骤将少于真空热蒸镀技术,因此,喷墨技术将有望大幅提高产量。
[⑤]目前,喷墨打印技术是制备OLED面板的主流技术。喷墨打印技术能有效解决大尺寸OLED面板制造中的有机材料均匀度问题。
[⑥] FASwitch(flexible array switch)是一种用于置换液晶面板等的开关器件里使用的薄膜晶体管TFT的器件。与现有TFT相比,FASwitch可以实现低成本大批量生产,如它不需要昂贵的真空制膜设备,而且超净室的清洁度要求也比生产TFT工厂低2-3个数量级,因此,有望大幅度削减早期的设备投资。与现行TFT是电子开关不同,FASwitch是机械开关,它是利用静电作用使背面的薄膜基板产生机械运动的原理:当带有电极的前面基板和背面的薄膜之间是相互分离时,开关处于断开状态;当背面薄膜基板受静电作用发生凹陷并与前面基板相接触时,则开关处于接通状态。在显示器里,正是利用这样的机械开关实现并控制各像素的接通或关断。Rolltronics公司是位于美国硅谷的一家高科技公司。
[⑦] 德国爱思强股份有限公司(Aixtron AG)是全球半导体行业领先的沉积设备供应商,也是世界上最大的MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备生产商。2011年,爱思强公司营业收入高达8.62亿美元。爱思强公司主要产品包括MOCVD设备,原子层沉积(ALD)设备,原子层气相沉积(AVD)设备,化学气相沉积(CVD)设备,有机气相沉积(OVPD)设备,碳纳米管和纳米光纤生产设备,半导体纳米导线设备等。其中,MOCVD设备是半导体照明(LED)产业外延芯片制造的关键核心设备,这一设备长期以来被德国爱思强Aixtron和美国VEECO所垄断。MOCVD设备是中国LED产业发展的瓶颈。目前,中国大陆有近20家企业在研发MOCVD设备,并且部分企业已经有了一定进展。如青岛杰生电气有限公司、江西南昌黄绿照明公司均已研制成功GaN(氮化镓)基MOCVD设备。目前,国产MOCVD设备面临的最大问题是设备的推广使用:首先,市场环境差,国产MOCVD设备生不逢时,前两年LED产业投资过热,企业进行大规模投资,目前包括三安、德豪润达等在内的大企业,其设备开工利用率不足30%,消化目前的产能需要2-3年的时间,因此,未来几年,国产MOCVD设备推广前景并不乐观。其次,设备关键零配件采购成本高。由于我国基础工业落后,部分关键零配件需要进口,大大增加了国产设备的拥有成本。最后,国内厂商的自轻心理,不相信国产设备的品质,也阻碍了国产设备的推广。
[⑧] 荷兰OLED Technologies & Solutions 有限公司(简称荷兰OTS)是全球领先的OLED自动设备设计和生产企业。自2004年以来,OLED Technologies & Solutions 有限公司(此前称为OTBv Display 有限公司)为OLED显示制造市场开发并提供了OLED显示技术和设备。在这期间,OTS有限公司成为喷墨打印OLED显示技术领域专家,向它的客户提供他们所需的OLED显示生产的整体解决方案。 OTS公司所生产的 连线式自动OLED生产系统淘汰了绝对无尘室,实现了生产单件OLED产品时,在较短时间内以最低操作要求取得高产量的目标,从而大大降低了生产成本和前期投入。
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