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整理OLED产品技术路线图国际研究

OLED产品技术路线图国际研究

（一）—概述

一、与其他平板显示器的比较优势

　　有机电致发光的英文名称为Organic Electro luminescence，做成器件后在欧美称为有机发光二极管（Organic Light Emitting Display，OLED），在日、韩被称为有机电致发光显示器（OELD）是一种在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致有机材料发光的显示器件。

与其他平板显示器相比，OLED具有成本低、全固态、主动发光、亮度高、对比度高、视角宽、响应速度快、厚度薄、低电压直流驱动、功耗低、工作温度范围宽、可实现软屏显示等特点，被称为“梦幻显示器”。

　平板显示器性能对比图

　　资料来源：

Universal Display。

　　注：

雷达图1中，每一个坐标代表一种性能指标。

坐标上，越是远离雷达图的中心，表示性能越佳（并不是代表实际数值）。

　　首先，OLED视野角度宽、轻薄、便于携带。

作为自发光器件，OLED的视角上下、左右一般可以达到160度以上，没有视角范围限制。

因为OLED是薄膜层叠结构，包括封装在内总厚度仅为2毫米左右，因此可以说是世界上最轻便的显示器。

　　其次，它亮度高、对比度高、色彩丰富、响应速度快。

与LCD相比，OLED的亮度和色彩具有明显的优势。

OLED显示器件单个像素的响应速度在10微秒左右，而LCD显示器的响应速度通常是几千至几万微秒，两者相差悬殊。

因此，OLED显示器更适合于显示各种活动图像，如用于便携电视和游戏机等领域。

　　更加独特的是，OLED产品可实现软屏。

OLED的生产更近似于精细化工产品，因此可以在塑料、树脂等不同的材料上生产。

如果将有机层蒸镀或涂布在塑料基衬上，就可以实现软屏。

一旦该技术成熟并加以应用，将彻底改变目前很多电器的外观形态，使得令人神往的可折叠电视、电脑的制造成为可能。

　　OLED还有工作温度范围宽、低压驱动、工艺简单、成本低等优点。

OLED的工作温度在-40℃～70℃之间，因此可以运用在很多具有特殊要求的工作场合。

同时，OLED的驱动电压仅需2V～10V，而且安全、噪声低，容易实现低功率。

与LCD工艺相比，其量产成本比LCD至少低20％。

　　在制造上，由于采用有机材料，可以通过有机合成方法获得，与无机材料相比较，不仅不耗费自然资源，而且还可以通过合成新的更好性能的有机材料，使OLED的性能不断地向前发展。

　　OLED技术发展至今仅二十多年，可以说还不成熟，其显示器件尚存在一些缺点，目前最突出的缺陷是其使用寿命较短，一般为5000小时左右。

这样的使用寿命比较适合应用在像手机、MP3、数码相机、车载DVD等生命周期较短或不经常使用的显示设备上。

但如果应用在电视机上却是不够的。

电视机要求显示屏的寿命最少为1.5万小时，这使得OLED想全面取代LCD尚需要一段时间。

　　OLED与其他平板、CRT显示器的性能对比

CRT

PDP

TFT-LCD

OLED

FED

DLP

LCOS

视角

佳

一般

佳

差

亮度

约350

约250

约200

约250

cd/m2

对比度

佳

最佳

佳

一般

分辨率

一般

佳

一般

佳

色饱和度

最佳

佳

一般

佳

一般

响应时间

1μs

1-20μs

25ms

≤10μs

佳

一般

驱动电压

1-30KV

120-300VAC

3-15V

3-9V

30-80V

≤12V

电力消耗

一般

较大

较小

一般

面板厚度

很大

约10mm

约8mm

约2mm

约10mm

较大

重量

最大

一般

较小

最小

较小

一般

使用温度

-20-70℃

-40-75℃

0-50℃

-40-80℃

0-50℃

目前屏幕大小

8-40

33-103

1-82

0.8-40

5-36

42-100

英寸

（3）公众对规划实施所产生的环境影响的意见；英寸

英寸

寿命

8.编制安全预评价报告长

（一）安全预评价依据长

长，取决于光源

待提高

较长

长，取决于光源

3.评估环境影响的价值（最重要的一步）：

采用环境经济学的环境经济损益分析方法，对量化后的环境功能损害后果进行货币化估价，即对建设项目的环境费用或环境效益进行估价。

长，取决于光源

发现规划环境影响报告书质量存在重大问题的，审查时应当提出对环境影响报告书进行修改并重新审查的意见。

价格

（1）规划环境影响评价的分析、预测和评估内容。

低

高

最高

（二）环境保护法律法规体系一般

（3）总经济价值的组成。

我们可以用下式表示环境总经济价值的组成：

高

（7）列出安全对策措施建议的依据、原则、内容。

较高

　　二、技术分类

以森林为例，木材、药品、休闲娱乐、植物基因、教育、人类住区等都是森林的直接使用价值。

OLED按发光材料可分两种：

小分子OLED和高分子OLED（也可称为PLED），小分子OLED器件制备采用蒸镀工艺，PLED则采用旋转涂覆活喷涂印刷工艺；按驱动方式不同可分为被动矩阵驱动OLED（Passive Matrix OLED，PM OLED）及主动矩阵驱动OLED（Active Matrix OLED，AM OLED）。

色彩上，OLED分为单色、区彩和全彩，并且随着技术的进步OLED的色彩也越来越丰富，目前已开发出1600万色产品；按基板材料，OLED的衬底材料可分为玻璃、塑料以及金属薄膜等，塑料和金属薄膜主要用于制造柔性OLED；按应用来分，OLED主要用于显示，随着白光OLED技术的突破，其应用范围也可以拓展到背光和照明上。

OLED产品技术路线图国际研究

（二）—OLED发展历程

一、技术发展历程

　　有机电致发光现象及相应的研究早在20世纪60年代就开始了。

1963年，美国New York大学的Pope等发表了世界上第一篇有关OLED的文献，使用400V的直流电通过蒽晶体时，观察到发光的现象。

　　1982年，Vincett等用真空蒸镀法制成了50nm厚的蒽薄膜，进一步将电压降至30V就观察到了蓝色荧光，但其外量子效率只有0.03%左右，这主要是电子的注入效率太低以及蒽的成膜性不好而存在的易击穿的缺点。

　　1983年，Partridge等发表了聚合物电致发光的文章，但是由于得到的亮度低，他的工作并未引起广泛的重视。

总之，在20世纪60～80年代中期，有机电致发光徘徊在高驱动电压、低亮度、低效率水平，因此OLED的研究工作未引起重视。

　　一直到1987年美国柯达公司的C.W.Tang 及Steve Van Slyke等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的OLED组件后，大幅提高了组件的性能，其低操作电压与高亮度的商业应用潜力吸引了全球的目光。

该研究采用超薄膜技术及空穴传输效果更好的TPD作传输层，使有机电致发光获得了历史性突破。

经过一系列措施，其发光亮度在10V的直流电压下可达1000cd/m2，效率达1.5 lm/W。

　　1990年，英国剑桥大学的Burroughes、Friend等人发现导电高分子材料PPV具有良好的电致发光性能，并成功的开发出以涂布方式将高分子材料应用在OLED上，制成聚合物OLED器件，即Polymer LED，亦称为PLED。

由于聚合物材料的热稳定性、柔韧性和机械加工性能都比有机小分子材料优越，并且器件的制作工艺更加简单，因而聚合物正逐渐成为有机EL领域新的研究热点。

　　1992年Heeger等第一次发明了用塑料作为衬底制备可变性的柔性显示器，将有机电致发光显示器最为迷人的一面展现在人们的面前。

他们采用聚苯胺（PANI）或聚苯胺类的混合物作为导电材料，通过溶液旋涂得方法在柔性透明衬底材料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上形成导电膜，并以此作为发光器件的电极制备高分子柔性显示器件。

　　1997年，Forrest等发现磷光电致发光现象，突破了有机电子发光量子效率低于25%的限制，使有机平板显示器件的研究进入一个新时期。

　　二、产品发展历程

　　目前，OLED领域的研究早已不限于学术界，几乎所有国际著名的电子公司及化学公司都投入巨大的人力与资金进入这一研究领域，呈现研究、开发与产业化齐头并进的局面。

在国家层面，各国对OLED的研究都非常重视，如美国的政府机构DARPA组织了塑基全色发光大屏幕显示器（军用目的）的重大项目；欧共体早已成立了相关专业组织EuroLED，协作分工，联合开发有机物/高分子电致发光材料与器件。

　　在产品开发层面，OLED真正的实用开发研究源于1987年美国的Eastman Kodak（柯达）的基本专利发表之后，1997年日本东北先锋率先把分辨率为256×64的被动式面板作为汽车音响面板推向市场，最早实现了OLED的商品化，随后掀起了各国厂商陆续投入开发与量产OLED的热潮，其显示方式也逐渐从单色面板、区彩面板至全彩面板扩大，而其驱动方式亦从被动矩阵式发展至主动矩阵式。

　　1999年10月，美国Kodak公司与日本Sanyo公司合作，采用低温多晶硅薄膜晶体管驱动制作出2.4英寸全彩色有机EL显示器件，仅有一个硬币那么厚；

　　2000年，Motorola首先把OLED显示器用在手机上，并实现商品化；

　　2001年2月，日本索尼公司推出13英寸、分辨率为800×600的主动式OLED显示器原型；

　　2001年4月，eMagin公司针对移动电话推出了真彩色有机EL微型显示屏。

其分辨率为800×600，也可以在16:

9的宽屏幕模式下显示852×480分辨率的图象，能够显示超过166万种颜色；

　　2002年，Toshiba在SID2002上发布了采用聚合物发光层所作的17.1英寸全色OLED显示器，让OLED面板尺寸得到突破；

　　2002年10月，SK宣布生产出15英寸主动式OLED显示器，性能可与商品化TFT-LCD电视机媲美；

　　2004年5月，Seiko Epson使用喷墨打印技术制备了当时世界上第一个大尺寸（40英寸）全彩高分子OLED原型机，显示屏厚度仅为2.1mm，并在2004年下半年的SID04上展出；

　　2004年9月，Sony在市场上推出了少量搭配3.8英寸AMOLED面板的PDA，其高超的技术、精美的制作、绚丽的色彩画面引起了广泛的关注；

　　2005年5月，三星首次公开发表了其开发的40英寸有机EL面板的技术内容，由于采取了新的封装技术，其面板厚度仅为1mm，且在亮度为1000cd/m2的亮度下，寿命可维持1万个小时。

OLED产品技术路线图国际研究（三）—OLED现状与趋势

一、OLED两大技术阵营形成

　　材料是OLED技术发展的关键，根据使用有机功能材料的不同，OLED可以分为两种不同的技术类型：

一是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基OLED（Small Molecular Organic Lisht Emitting Diode，简称SMOLED）；另一是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLED（Polymer Organic Light Emitting Diode，简称PLED）。

目前OLED以这两种材料为主要特征，分为两大技术阵营：

　　1、小分子OLED阵营

　　美国Eastern Kodak公司是小分子OLED阵营的领导厂商，掌握了大部分OLED材料和器件设计的核心技术，拥有300多项专利，迄今为止有近20家公司得到了Eastern Kodak公司的专利授权（见表4）。

　　从地域上看，Eastern Kodak公司的专利许可对象开始以日本厂商为主，之后Eastern Kodak公司逐步将其许可范围转向中国台湾省和香港的厂商，包括台湾的铼宝、东元激光、光磊、联宗光电以及香港的Truly International与精电国际等。

Eastern Kodak公司并没有把欧洲和美国的厂商作为重点合作对象，直到2001年Eastern Kodak公司才首次将其专利授权给欧洲的厂商（英国Opsys Ltd．），而得到Eastern Kodak公司专利许可的美国公司也寥寥可数。

这些得到Eastern Kodak公司OLED专利许可的亚洲厂商大多具有LCD产业背景，如三洋、三星等，因而在产品开发和市场渠道方面具有相当的优势。

Eastern Kodak公司选择这些厂商作为专利许可对象，很好地促进了小分子OLED技术的商品化。

　　目前，小分子OLED比高分子OLED的技术和工艺都更加成熟，并已进入市场化阶段。

因而市场上的OLED绝大多数是小分子、中小尺寸的产品，主要用于MP3、手机、车载设备、仪器仪表上。

表1 面板与器件制造商小分子OLED基础专利许可情况

序号

公司名称

国家

DensoCorp.

日本

eMaginCorp.

美国

LiteArrayInc.

美国

LightronikTechnology联宗光电

中国香港

NipponSeikiCo.,Ltd精机

日本

OpsysLtd.

英国

OptoTechCorp.光磊科技

中国台湾

OPTEXCorp.

日本

PioneerElectronicsCorp.先锋

日本

RitekCorp.铼宝

中国台湾

RohmLtd.罗姆

日本

SamsungNECMobileDisplayCo.三星

韩国

SanyoElectricCo.,Ltd.三洋

日本

TDKCorp.

日本

东元激光

中国台湾

TrulyInternational

中国香港

VaritronixInternationalLtd.精电国际

中国香港

　　2、高分子OLED阵营

　　英国剑桥大学利用分子聚合物作为OLED发光材料开发出高分子OLED技术（POLED），由于颇具发展潜力，于1992年另成立CDT（Cambridge Display Technology）公司，高分子OLED的基础专利主要由该公司和DuPont公司所有。

　　由于小分子OLED技术已经占领了相当一部分市场，而CDT公司自身也缺乏配套资金、利用专利技术能力，为推动高分子OLED技术产业化的步伐，CDT公司始终以非常积极的态度进行专利许可。

自从1996年首次将其专利授权给荷兰Philips公司以来，CDT公司先后在全球对Uniax、Philips、翰立光电等十余家厂商提供专利许可。

表5是CDT公司所提供专利许可的厂商，从中显示出高分子阵营主要以欧美厂商为主，而高分子阵营拥有的日本及中国台湾厂商数量远少于小分子阵营。

　　值得注意的是，为了加速高分子OLED产品商业化生产的进程并降低制造成本，CDT公司在积极寻找合作伙伴的同时也注意到了挑选供应链上不同类型的厂商进行专利许可，从表5可以看出，其许可对象不仅包括OLED面板与器件制造商，还包括了一些OLED材料供应商，如美国的Dow Chemical以及日本的Sumitomo Chemical都是世界著名的化学材料公司，通过这种合作，CDT公司加强了与OLED供应链上游厂商的联系。

推动了高分子OLED技术的发展，从而增强了高分子OLED在显示市场上的竞争能力。

　　表2 高分子OLED基础专利许可情况

序号

公司名称

国家

公司类型

DeltaElectronicsInc.翰立光电

中国台湾

面板与器件制造商

DupontDisplays

美国

面板与器件制造商

DaiNopponPrinting

日本

面板与器件制造商

EastgateTechnology

新加坡

面板与器件制造商

MicromissiveDisplayLtd.

英国

面板与器件制造商

OsramOptoSemiconductor

德国

面板与器件制造商

Philips

荷兰

面板与器件制造商

Seiko-Epson精工爱普生

日本

面板与器件制造商

Bayer

德国

材料供应商

Covion

德国

材料供应商

DowChemicalCompany

美国

材料供应商

SumitomoChemical

日本

材料供应商

　　二、OLED产业现状及预测

　　根据市场调研机构DisplaySearch 2006年发表全球有机发光二极管（OLED）出货与预测统计报告（更新版），2005年全球OLED面板出货量达5580万片，产值则达4.86亿美元，较2004年分别增长72%和8%。

值得注意的是2005年第四季，中国台湾厂商的OLED出货量占全球的41.7%，超越韩国的34.7%，与日本的22.1%，成为全球OLED面板最大的生产基地。

表3、OLED应用领域分布预测

单位：

百万美元

应用

2005年

2006年

2007年

2008年

2009年

手机主屏

10.7

64.3

455.4

1580.9

2701.8

手机副屏

245.6

230.5

224.7

216.4

211.2

MP3

155.5

182.1

299.5

357.1

350.1

汽车音响

58.7

61.2

71.1

82.5

96.4

数码相机

14.1

39.9

61.7

穿戴式

5.3

14.1

33.6

77.2

111.2

其他

10.2

总计

486

554.2

1,098.40

2,354.00

3,532.40

年增长率

13%

98%

114%

50%

　　注：

2006～2010年数据为预测值。

　　从应用面来看，增长最快速的是MP3播放机应用市场，2004年MP3用OLED面板出货量为600万片，但2005年大幅增长四倍达到2900万片，而MP3播放机用OLED面板的产值也增加三倍到1.6亿美元。

　　从出货厂商来看，中国台湾的铼宝以25.9%市占率居冠，其次为韩国Samsung SDI 的25.8%，而中国台湾悠景、日本先锋与TDK则分别以13.3%、11.7%、6.2%的市占率紧接在后，总计前六大厂商市占率达83%。

　　从产量上看，全球已建成21条PLED生产线，台湾铼宝400*400（mm）月达产能30,000片，居业界首位。

此外，有7条AM OLED生产线和40多条中试线。

　　从产品上看，OLED做的比较好的厂商有：

先锋（AM+PM，全彩）、三星（PM，全彩40＂）、铼宝（PM单、多色，AM’2005下半年）、三洋柯达（AM）、友达（AM）。

PLED做的比较好的厂商有：

CDT（专利最多）、东芝松下（17＂16:

9，喷墨）、飞利浦（中试线）、精工-EPSON（中试产品、喷墨）、OSRAM、翰立。

目前OSRAM、翰立和飞利浦均有低档次的产品上市。

　　展望未来的OLED市场，DisplaySearch预估，2006年全球OLED出货量将可达8300万片，较2005年增长50%，而全球OLED产值则将增长14%，达到5.54亿美元。

而2006年OLED市场的主要增长动能来自于被动矩阵式OLED，应用面增长动力则来自于MP3以及手机次面板。

　　随着越来越多的主动矩阵式OLED制造商如Samsung SDI、三星电子、三洋爱普生、日立，以及铼宝、统宝、友达、奇美等将在2006年逐渐量产，预计2007年主动矩阵式OLED增长可期，尤其体现在手机主屏上应用的激增。

DisplaySearch预测，2007年全球OLED的市场规模将倍增至到11亿美元，其中主动矩阵式OLED面板出货比重将可达到30%。

远期至2010年，OLED的市场规模更是达到42亿美元。

　　三、OLED产品技术的未来发展趋势

　　目前，国际上众多国家的研究机构和公司投入巨资自立于OLED的研发， OLED产品逐渐进入了实用化的阶段，并在小尺寸的应用（如手机外屏和MP3）上与LCD形成了有力的竞争。

但OLED的技术优势远未体现出来，其产业化进程也远低于人们的预期。

其原因主要是在该领域研究中许多关键问题尚未得到真正解决，主要在OLED的发光材料的优化、彩色化技术、制膜技术、高分辨显示技术、有源驱动技术、封装技术等方面存在应用的“瓶颈”。

　　未来，OLED产品和技术将向着小尺寸-中尺寸-大尺寸-超大尺寸、单色-多色-彩色、无源驱动-有源驱动、硬屏-软屏（柔性显示）、高分辨率、透明显示、及低成本制作的方向发展，最理想的OLED显示器应该是TFT OLED。

并随着白光OLED技术的突破，OLED的的应用将不局限于显示领域，向着背光、照明等应用领域发展。

　　1、发光材料

　　OLED发光材料主要有小分子发光材料和高分子发光材料，小分子发光材料可以分为荧光材料、磷光材料。

目前美国柯达、UDC和日本的出光兴产等公司在小分子材料方面有出色的表现。

CDT、日本住友化学、NHK、DOW、COVION等公司在高分子发光材料方面比较出色。

　　OLED发光材料未来开发方向是，高效率化（提高发光效率）、改善荧光材料、引入磷光材料。

磷光材料（三线态材料）充分利用了激发三线态的能量，可以明显提高器件的外量子效率，是一类比较看好的发光材料。

　　2、彩色化实现

　　彩色技术的突破是OLED发展的关键。

OLED的彩色化方案主要有“RGB三色发光法”、以蓝光材料为基础的“色变换法”和以白光发光层搭配彩色滤光片的“白光法”等。

目前主要采用三色发光法和白光加滤光片法。

　　3、柔软显示

　　OLED柔软显示器（又称为可卷曲显示器）是显示技术领域的最热趋势之一，OLED以其独有的特性为这个目标的实现带来了极大希望。

要实现柔软显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性和封装技术。

近来，OLED柔软显示器引起全球的高度关注。

　　随着OLED技术的进步，全球许多研发机构和企业加大了对OLED柔软显示器的研发，但目前世界只有美国的UDC、日本的东北先锋等为数不多的研发机构或公司推出了柔软OLED样品，我国维信诺公司于2003年11月23日推出国内首款单色点阵柔软OLED显示屏。

　　4、大尺寸面板制作

　　大尺寸技术被认为是OLED能否用于电视机的关键技术，是全球研究开发的又一热点。

制约其发展的关键技术是驱动IC和面板制备技术。

目前还没有很适合大尺寸OLED驱动的IC，而且大尺寸面板成品率低，生产工艺不成熟，仍处于研发阶段，预计2008年才能够达到实用化水平。

　　5、驱动IC开发

　　集成电路（IC）是OLED器件的重要组成部分，一般占器件成本的20%-30%。

国内还没有能设计OLED专用IC的公司，国际上实力比较强的是美国的Clair公司和我国香港的Solomon公司，我国台湾和韩国也有很多公司在从事OLED专用IC的设计工作。

　　IC作为OLED器件的上游原材料，其发展是与

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