隨著智能手機、智能手環、電視、電腦等消費電子產品向著輕薄、便攜、智能等方向快速發展,其顯示屏幕也經歷著“球面屏—平面屏—柔性屏”的快速演化和迭代。在球面屏時代,CRT是**的選擇;在平面屏時代,LCD成為當之無愧的**;在未來的柔性屏時代,OLED由于具有結構簡單、超輕薄、色飽和度和對比度高、功耗低、容易實現柔性顯示等優勢,成為產業界和學術界投資與研究的重點。
 

未來5年柔性OLED面板將快速增長

近年來,采用OLED作為屏幕的智能手機、智能手環、智能手表、電視等產品呈現快速增長的態勢。在智能手機主戰場,越來越多的**機采用OLED顯示屏,特別是柔性OLED屏幕。據統計,我國vivo、魅族、OPPO等品牌開始大規模采用OLED屏幕,2016年這些品牌的智能手機中OLED屏幕滲透率達到12%以上。隨著蘋果公司計劃在2017~2018年將其LCD屏幕升級為OLED屏幕,國內外的產業鏈上下游也都在積極進行相關的產業布局,整個OLED市場呈現蓬勃發展的態勢。柔性OLED顯示面板將在未來5年保持快速增長的勢頭,年復合增長率將高達30%以上,其市場規模也將在2020年左右達到400億美元以上,OLED屏幕在智能手機市場的滲透率將超過50%。

面對著龐大的市場需求和光明的市場前景,我國京東方、天馬、維信諾、和輝光電、華星光電、信利等企業近年來陸續投入巨資建設多條G4.5~G6代OLED生產線,2016年已經開始有基于玻璃的OLED顯示屏在智能手機中開始獲得小規模應用。但由于我國對OLED產品的技術掌握不夠成熟、投資較晚,產能的充分釋放需要到2018年左右。當前,韓企處于**的市場壟斷地位,其中三星占據了中小尺寸OLED面板市場份額的95%以上,LG則壟斷了整個大尺寸OLED電視面板市場。

主流OLED生產技術路線有兩種

從技術來看,主流OLED生產技術路線可分為兩種:低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS-TFT)驅動紅綠藍(RGB)OLED發光像素,以及氧化物薄膜晶體管(Oxide-TFT)驅動白光OLED像素發光并透過濾色片(ColorFilter)獲得RGB像素。前者主要用于小尺寸顯示,代表企業為三星;后者主要用于大尺寸顯示,代表企業為LG。

三星采用LTPS技術,主要是圍繞著智能手機用的小尺寸OLED屏幕技術在發力,從GalaxyS到GalaxyS7,屏幕解析度已經從218ppi提升到2K(577ppi),預計未來OLED手機解析度可能達到800ppi左右。LTPS技術優勢在于遷移率高,可以實現低功耗,有利于應用在電池進行供電的智能手機等移動終端設備;但LTPS本身為多晶結構,均勻性較差,且必須采用激光退火和離子注入等高成本工藝,造成產品的成本居高不下,并且難以應用于大尺寸面板生產。

LG采用Oxide技術,主要是因為Oxide為非晶結構,容易實現大面積、低成本制備,可以用在大尺寸OLED電視領域;但目前LG采用的IGZO(Oxide材料)技術TFT背板的遷移率偏低(~10cm2/Vs),導致功耗較高,如能大幅度提高OxideTFT的遷移率,則可以扭轉其功耗偏高的劣勢,并有望在智能手機等小尺寸市場取得競爭優勢。特別是在柔性OLED顯示領域,LTPS的生產溫度高達450℃以上,對柔性襯底材料和制造工藝都是嚴苛的考驗,成本居高不下;而Oxide的生產溫度可以低至350℃以下,工藝簡單,成本低,對原材料的要求大幅度降低,有利于擴大原材料及關鍵裝備的國產化率,是我國實現趕超的一條有效思路。

封裝和耐彎折可靠性問題需要解決

在高遷移率OxideTFT技術領域,我國部分高校/科研機構(華南理工大學、上海大學、復旦大學、北京大學、中科院蘇州納米所等)和企業都在進行積極地探索。廣州新視界光電科技有限公司(下稱:新視界)致力于突破國外對于IGZO類Oxide材料的限制,致力于開發基于鑭系稀土摻雜的In-Zn-O(Ln-IZO)新型Oxide半導體材料,結合自主研制的Nano-BarrierBCE結構工藝路線(5次光刻,與s-SiTFT生產線兼容),實現了電子遷移率接近40cm2/Vs的高遷移率OxideTFT技術,可以有效降低OLED顯示屏的整體功耗。目前,新視界正在與國內面板廠商積極開展合作,探討將高遷移率Ln-IZOTFT技術在智能手機等小尺寸OLED顯示領域的大規模應用的可能性。

未來的柔性OLED顯示產業發展,除了需要考慮TFT技術的低成本化替代,還需要考慮封裝、耐彎折和可靠性等問題。

從柔性OLED器件的封裝角度來看,OLED器件中的有機材料和電極等對環境中的水汽、氧氣敏感,因此OLED器件制作完成后必須原位進行封裝,達到阻水阻氧的效果,封裝薄膜的水汽阻隔能力需達到10-6g/m2/day才能保證器件的壽命。目前比較有效的封裝方式是采用薄膜封裝技術。所謂薄膜封裝,并不是事先做好封裝用的薄膜,再貼附于OLED器件上,而是需要在OLED電極制作完成后,在真空狀態下采用PECVD、ALD等方法原位在OLED電極上生長具有水氧阻隔特性的納米級薄膜,以達到封裝的目的,技術要求非常高。特別是對于柔性OLED而言,因為需要面臨多次的自由彎折,對封裝性能必然提出更苛刻的要求。

從柔性OLED顯示屏的抗彎折特性角度來看,現在市面上的柔性OLED全部都是固定曲面的,用戶不能根據自己的喜好自由彎折,主要是因為柔性OLED顯示屏彎折次數或者彎折曲率半徑超過一定限度,就會出現器件老化問題,導致亮度下降、產生黑點、暗線等損傷,使用壽命急速衰退。這需要從“材料—薄膜—器件—工藝”等角度出發,通過系統研究來不斷解決。

總之,柔性OLED顯示產業正處在快速發展期,產業前景一片光明。但我國產業發展仍面臨技術積累不足、生產線建設起步較晚、設備及材料配套依賴進口等問題。這需要國內上下游產業之間緊密協作,爭取在新一輪的柔性OLED產業競爭中掌握主動。(華南理工大學副研究員 王磊)