OLED柔性屏,又是一场显示技术的革命,一场新材料的盛宴

2017-05-15 20:32:52来源: EEWORLD 关键字:LED显示屏  OLED  led

 一、OLED柔性屏的制造难点与解决方案  由于OLED与TFT-LCD器件在结构、材料属性和发光原理上的差异,OLED发光器件更适合制造柔性屏幕 – Flexible Screen。当前柔性屏还被广泛称为曲面屏,因为其只是呈现出一个固定的曲面,看上去还不算“柔性”,这是因为由于屏幕还需要玻璃来维护,而玻璃材料有其不可逾越的弯曲障碍。  


“柔性”屏幕目前正向“可弯折(Bendable)”和“可折叠(Foldable)”两个方向发展,但最终的终极目标都是为了达到“可弯曲(Rollable)”屏幕的状态。  


而制造柔性屏幕初级阶段的“曲面”OLED屏幕也随之带来几项设计与加工工艺上的新探索,其中最主要的包括盖板玻璃要从2D升级到3D、触控技术有所变化和封装工艺的改变。其中最后一项,也是最关键的一项,因为其直接关系到柔性屏幕的良率继而影响量产化的进程。


目前OLED硬屏的封装目前最常用的是以玻璃为衬底的玻璃或金属盖板封装,而柔性器件则以单层和多层薄膜封装。    


OLED有一个致命的弱点,怕氧怕水,一旦有氧气或者水汽进入到器件里,就会引起器件寿命的衰减。所以,对于柔性OLED器件,其寿命问题取决于柔性基板及封装技术对于氧气和水汽的隔阻。基于这一原则,柔性OLED的基板材料可以有以下三种选择:超薄玻璃、金属薄片和聚合物。  


含有氧化钡或者三氧化二铝的碱式硼玻璃可以作为超薄玻璃,纯硼玻璃同样也可作为超薄玻璃使用。超薄玻璃由于很薄并且脆,因此需要聚合物层来保护玻璃表面,使得玻璃不受外力的损害以及化学试剂的腐蚀。  


金属箔片在薄膜封装中表现出优秀的特性。当金属材料的厚度在0.1 mm以下时,其就具有优越的可弯曲性,可用于柔性OLED基板。而且其耐高温性优秀,可承受超过1000摄氏度的高温;热膨胀系数比玻璃和聚合物更加匹配,期间制作过程中可能发生的问题较少;对氧气和水汽的隔阻性优秀,能有效阻止两者的侵入。  


但金属箔片作为柔性OLED基板也存在两个问题:一、金属箔片对光的透过率几乎为0,所以以金属箔片为基板的OLED器件只能采用顶部发光结构;二、金属箔片的表面粗糙度较差,需要增加机械抛光和电化学抛光工艺组合来解决问题,并且之后需要加入SiOx介质层使其表面粗糙度降低。  


聚合物衬底与玻璃和金属箔片相比,具有柔性更好、更耐冲击等特点。但是由于聚合物衬底不能承受较高的温度。另外,聚合物衬底相比玻璃而言,其表面平整度较差,在聚合物基板上制备导电电极的成功率较低、电阻率较大。所以用于OLED的聚合物衬底材料需要考虑以下三个问题:1.在可见光范围内应该具有95%以上的透射率;2.聚合物所具有的物理化学性质,如热UV稳定性和杨氏模量等;3.提高聚合物对于有害气体的隔阻性能,以及在聚合物衬底上制备电极的成功率,并且降低电阻率。  


OLED封装质量的好坏和基底材料的平整度有很大的关系,柔性OLED多采用聚合物代替玻璃为基板,目前主要基板材料有polyacrylates(聚丙烯酸酯)、PETS(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、fluorinated-polymers(氟化聚合物)、PEN(聚对萘二甲酸乙二醇酯)、parylenes(聚对二甲苯)、PC(聚碳酸酯)等,这些材料对水汽、氧气的渗透率如下表所列示。    


其实,表格中的聚合物材料都不能满足目前应用的要求,水汽渗透率高是所有聚合物基板的致命缺陷。根据柔性OLED器件的封装要求,需要对聚合物表面制备一层或者多层高阻隔性的保护层。为了减少水汽和氧气通过聚合物基板渗透到器件内部,通常的做法是通过在柔性基板表面沉积多层堆叠结构的无机薄膜来实现,也可以通过粘贴阻隔膜来实现。阻隔膜材料包括SiO2、Si3N4、SiNxOy、Al2O3、AlN和Mg等。阻隔膜一般都是以柔性聚合物基板为基材,在其上通过磁控溅射法、电子束蒸镀法或等离子体增强化学气相沉积法将无机氧化物沉积在衬底上形成水汽阻隔膜。    


二、OLED柔性屏的市场发展趋势  OLED目前主要应用于智能手机、家用电器及电视和包括智能手表、VR设备等产品,其中在智能手机中的应用占比最高,以达到70.6%。OLED的关键性优势是在于其的可挠性上,实现“柔性”显示,增加了传统显示屏的应用场景和想象空间。特别是在三星量产Edge手机系列实现了曲面屏幕的显示之后。目前对于智能手机LCD屏幕的迭代是OLED屏幕增长的主要驱动力。    


从产品形态而言,2015年全球83%的AMOLED屏幕为硬式AMOLED,但基于柔性屏幕对于显示屏带来的革命性创新,市场咨询机构TrendForce预测到2018年“柔性”与“硬式”的AMOLED屏幕产能将平分秋色,而到2019年柔性屏产能则会反超硬式屏,达到61%。群智咨询也预计,基于目前已确定的柔性 OLED 投资生产线来计算,到2019 年,柔性AMOLED 的渗透率会稳定在 65%左右,而刚性 OLED 则将不再有新的增长。目前三星已建成 8 条柔性 AMOLED 生成线,而苹果也决定在iPhone8中应用柔性AMOLED 屏幕。        


咨询机构IHS对于未来两年OLED柔性屏销售额的增长趋势做了更乐观的预测,其认为在2017年第三季度,OLED柔性屏的销售额就将反超硬式屏,达到总销售额的52%,而且其渗透率在此之后将一直维持在50%以上,并保持总体增长的趋势,该比重在2018年第四季度将达到63%。  


三、OLED柔性屏相关材料上市公司  


随着柔性屏幕的兴起,聚合物基板和水汽、氧气隔阻材料的市场也逐渐扩大。其中国际上较著名的隔阻膜的商业化量产公司有美国Vitex System、3M、GE等,Vitex System公司开发出了Barix技术,该阻挡层是由有机材料和无机材料交替成膜形成的,并可以通过改变聚合物和无机薄膜的层数与成分加以调控Barix阻挡层的性能。国内上市公司中有康得新和万顺股份。聚合物基材目前主流应用的是耐高温的聚酰亚胺 (PI),国际上主要是由杜邦(美国)、宇部兴产(日本)、钟渊化学(日本)、东丽-杜邦(日本)和SKC(韩国)等五家公司垄断,国内上市公司中有时代新材和丹邦科技。我国高端 PI 膜需求量约 5000 吨,市场空间超过 50亿元,主要被外资企业垄断。国内企业目前主要做较为低端的电工级产品,且产品质量与杜邦等国外产品差距较大。

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编辑:王磊 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/article_2017051512224.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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