随着智能手机、智能手环、电视、电脑等消费电子产品向着轻薄、便携、智能等方向快速发展,其显示屏幕也经历着“球面屏—平面屏—柔性屏”的快速演化和迭代。在球面屏时代,CRT是**的选择;在平面屏时代,LCD成为当之无愧的**;在未来的柔性屏时代,OLED由于具有结构简单、超轻薄、色饱和度和对比度高、功耗低、容易实现柔性显示等优势,成为产业界和学术界投资与研究的重点。
未来5年柔性OLED面板将快速增长
近年来,采用OLED作为屏幕的智能手机、智能手环、智能手表、电视等产品呈现快速增长的态势。在智能手机主战场,越来越多的**机采用OLED显示屏,特别是柔性OLED屏幕。据统计,我国vivo、魅族、OPPO等品牌开始大规模采用OLED屏幕,2016年这些品牌的智能手机中OLED屏幕渗透率达到12%以上。随着苹果公司计划在2017~2018年将其LCD屏幕升级为OLED屏幕,国内外的产业链上下游也都在积极进行相关的产业布局,整个OLED市场呈现蓬勃发展的态势。柔性OLED显示面板将在未来5年保持快速增长的势头,年复合增长率将高达30%以上,其市场规模也将在2020年左右达到400亿美元以上,OLED屏幕在智能手机市场的渗透率将超过50%。
面对着庞大的市场需求和光明的市场前景,我国京东方、天马、维信诺、和辉光电、华星光电、信利等企业近年来陆续投入巨资建设多条G4.5~G6代OLED生产线,2016年已经开始有基于玻璃的OLED显示屏在智能手机中开始获得小规模应用。但由于我国对OLED产品的技术掌握不够成熟、投资较晚,产能的充分释放需要到2018年左右。当前,韩企处于**的市场垄断地位,其中三星占据了中小尺寸OLED面板市场份额的95%以上,LG则垄断了整个大尺寸OLED电视面板市场。
主流OLED生产技术路线有两种
从技术来看,主流OLED生产技术路线可分为两种:低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)驱动红绿蓝(RGB)OLED发光像素,以及氧化物薄膜晶体管(Oxide-TFT)驱动白光OLED像素发光并透过滤色片(ColorFilter)获得RGB像素。前者主要用于小尺寸显示,代表企业为三星;后者主要用于大尺寸显示,代表企业为LG。
三星采用LTPS技术,主要是围绕着智能手机用的小尺寸OLED屏幕技术在发力,从GalaxyS到GalaxyS7,屏幕解析度已经从218ppi提升到2K(577ppi),预计未来OLED手机解析度可能达到800ppi左右。LTPS技术优势在于迁移率高,可以实现低功耗,有利于应用在电池进行供电的智能手机等移动终端设备;但LTPS本身为多晶结构,均匀性较差,且必须采用激光退火和离子注入等高成本工艺,造成产品的成本居高不下,并且难以应用于大尺寸面板生产。
LG采用Oxide技术,主要是因为Oxide为非晶结构,容易实现大面积、低成本制备,可以用在大尺寸OLED电视领域;但目前LG采用的IGZO(Oxide材料)技术TFT背板的迁移率偏低(~10cm2/Vs),导致功耗较高,如能大幅度提高OxideTFT的迁移率,则可以扭转其功耗偏高的劣势,并有望在智能手机等小尺寸市场取得竞争优势。特别是在柔性OLED显示领域,LTPS的生产温度高达450℃以上,对柔性衬底材料和制造工艺都是严苛的考验,成本居高不下;而Oxide的生产温度可以低至350℃以下,工艺简单,成本低,对原材料的要求大幅度降低,有利于扩大原材料及关键装备的国产化率,是我国实现赶超的一条有效思路。
封装和耐弯折可靠性问题需要解决
在高迁移率OxideTFT技术领域,我国部分高校/科研机构(华南理工大学、上海大学、复旦大学、北京大学、中科院苏州纳米所等)和企业都在进行积极地探索。广州新视界光电科技有限公司(下称:新视界)致力于突破国外对于IGZO类Oxide材料的限制,致力于开发基于镧系稀土掺杂的In-Zn-O(Ln-IZO)新型Oxide半导体材料,结合自主研制的Nano-BarrierBCE结构工艺路线(5次光刻,与s-SiTFT生产线兼容),实现了电子迁移率接近40cm2/Vs的高迁移率OxideTFT技术,可以有效降低OLED显示屏的整体功耗。目前,新视界正在与国内面板厂商积极开展合作,探讨将高迁移率Ln-IZOTFT技术在智能手机等小尺寸OLED显示领域的大规模应用的可能性。
未来的柔性OLED显示产业发展,除了需要考虑TFT技术的低成本化替代,还需要考虑封装、耐弯折和可靠性等问题。
从柔性OLED器件的封装角度来看,OLED器件中的有机材料和电极等对环境中的水汽、氧气敏感,因此OLED器件制作完成后必须原位进行封装,达到阻水阻氧的效果,封装薄膜的水汽阻隔能力需达到10-6g/m2/day才能保证器件的寿命。目前比较有效的封装方式是采用薄膜封装技术。所谓薄膜封装,并不是事先做好封装用的薄膜,再贴附于OLED器件上,而是需要在OLED电极制作完成后,在真空状态下采用PECVD、ALD等方法原位在OLED电极上生长具有水氧阻隔特性的纳米级薄膜,以达到封装的目的,技术要求非常高。特别是对于柔性OLED而言,因为需要面临多次的自由弯折,对封装性能必然提出更苛刻的要求。
从柔性OLED显示屏的抗弯折特性角度来看,现在市面上的柔性OLED全部都是固定曲面的,用户不能根据自己的喜好自由弯折,主要是因为柔性OLED显示屏弯折次数或者弯折曲率半径超过一定限度,就会出现器件老化问题,导致亮度下降、产生黑点、暗线等损伤,使用寿命急速衰退。这需要从“材料—薄膜—器件—工艺”等角度出发,通过系统研究来不断解决。
总之,柔性OLED显示产业正处在快速发展期,产业前景一片光明。但我国产业发展仍面临技术积累不足、生产线建设起步较晚、设备及材料配套依赖进口等问题。这需要国内上下游产业之间紧密协作,争取在新一轮的柔性OLED产业竞争中掌握主动。(华南理工大学副研究员 王磊)