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OLED的关键零组件及材料



对于有机电致发光器件,我们可按发光材料将其分为两种:小分子OLED和高分子OLED(也可称为PLED)。它们的差异主要表现在器件的制备工艺不同:小分子器件主要采用真空热蒸发工艺,高分子器件则采用旋转涂覆或喷墨工艺。目前国际上与OLED有关的专利已经超过1400份,其中最基本的专利有3项。小分子OLED的基本专利由美国Kodak公司所有,高分子OLED专利由英国CDT ( Cambridge Display Technology)和美国Uniax公司拥有。表1是两类有机发光材料的比较。

 

    有机小分子材料以金属鳌合物和稀土配合物为代表。1987年Tang C W首先采用此种化合物Alq3实现较高效率的有机电致发光器件。常见的此类物质有:Alq3, Al mqs , Zn( 5 Fa) 2, Be Bq2等。此类发光物质的缺点是制作过程中难分离。其它性能比较优越的发光薄膜材料有Perylene , Aromaticdiamine , TAD, TAP,T AZ,TPA, TPB, TPD, TPP等。
 

  人们发现小分子有机发光器件稳定性差,而聚合物结构与性能都很稳定。若要得到高亮度、高效率,通常要采用带有载流子输运层的多层结构。以前都采用小分子材料作为输运层,由于小分子材料容易重结晶或与发光层物质形成电荷转移络合物和激发态聚集导致性能下降,而聚合物则能克服上述缺点,因此,人们逐渐把注意力转到聚合物上。

 

    1990年,英国剑桥大学的Friend与Burroughes等人用共扼聚合物PPV实现了电致发光。共轭聚合物是有机半导体,从原理上讲,这种材料比无机半导体更易于处理和制造,电荷输运与量子效率也不逊色。有机高分子材料主要包括聚乙炔、聚噻吩及其衍生物的有机共轭聚合物。近年来,人们发现在发光与其它性能都比较优良的聚合物中,电致发光薄膜材料有PBD,PBP,PRL,PMMA,PPV, P VCZ等。

 

    在国外OLED产品中,投入小分子OLED产品的多为日商及台湾厂商;而投入高分子OLED产品的则以欧美厂商居多。据统计全球已有约85家厂商投入研发,其中60家以上厂商都采用小分子OLED材料系统为主,只有25家左右厂商采用高分子OLED材料系统。

 

   OLED的关键元件包括ITO导电玻璃、小分子有机材料、封装相关材料、高纯度金属材料、低温多晶矽TFT技术及驱动IC。以材料需求面来说,TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色滤光片及液晶材料等,总计加起来的面板厚度约近1公分左右,但OLED的材料则仅包括1片约1.3mm的玻璃基板以及小于0.3mm的高纯度金属材料及ITO导电玻璃等,合计总厚度小于2mm,二相比较下,OLED的面板厚度仅约TFT LCD的10~20%,因此OLED不但比TFT LCD减少许多材料,也因此降低了生产成本,此外由于OLED与TFT LCD的发光源不同,因此也设有视角上的顾虑。

 

    目前在OLED的二大技术体系中,低分子OLED技术为日本掌握,而高分子的PLED的技术及专利则由英国的科技公司CDT的掌握,台湾瀚立光电则是首家引进CDT技术的合作企业。OLED所使用的玻璃基板厚度略大于1mm,加上驱动IC以及玻璃保护层,厚度也仅约2mm左右,比一般LCD的厚度减少许多,而且PLED的驱动电压仅3-5伏特,反应时间也几乎为即时,符合动态影像的显示需求,另外,PLED不需经过薄膜制程,故投资成本较低,量产后的平均成本不到TFT LCD的一半,但PLED的商品低制程仍有技术瓶颈存在,即PLED在产品的彩色化上仍有困难。相对PLED,低分子OLED则较易彩色化,然而OLED因驱动电压较高,能量的使用效益也较差,产出率也较低,但是制程控制则较稳定且容易。由于低分子OLED的投资额相对比PLED高,也使得平均成本比PLED高,业界普遍认为未来OLED将朝高单价、高附加价的产品发展,PLED则是定位在量大、单价低的产品上。

 

    在主要的关键零组件及材料上,台湾铼德在导电玻璃上已有所突破,国硕也和材料合作进行研发;小分子有机材料方面,国内目前永信药品也与材料所合作开发;金属材料也是由材料所研发,另外目前全球拥有低温晶矽TFT技术的公司不多,而台湾工研院电子所即是其中之一,对台湾在OLED的发展上也提供了不少的助力,因此台湾未来在OLED产业上的发展值得密切留意。以台湾目前投入的企业进度来看,铼德可能是脚步最快的业者,铼德于99年完成有机EL面板的实验室技术研发,并建立了玻璃基板尺寸400*400mm的生产线,是全球首家采用全自动生产线的厂商,4月起第一条OLED产线将进入量产阶段,并将于10月开始架设第二条全彩的有机EL生产线,

 

    值得一提的是,目前全球没有厂商专事生产有机EL使用的ITO导电玻璃,包括PIONEER、PHILIPS等皆以自给自用,铼德成功开发出有机EL用ITO导电玻璃后,对抢占有机EL领先地位具有关键性意义,加上铼德拥有全球第一条全自动化生产线,铼德今年有机会拿下全球第一的宝座;精碟投入OLED的研发也有2年,试产线预计在8月底完成,明年初即可量产;国硕亦与工研院合作跨入OLED产业,预估明年亦可开始量产单色OLED,2年后则将生产多彩OLED;另外以国联光电为主体投资成立的联宗光电科技也已掌握到OLED完整的制程量产技术,已设立试制工厂,产品品质亦相当令人满意;胜华转投资的胜园科技由于自美系厂商独家移转的OLED制造技术,预计明年第二季亦可进入量产。

 

    OLED目前虽只能开发单彩小规格的显示器,主要应用在车用型显示器,行动电话游戏机、PDA、Handled- PC,但未来在高解析度的全彩化小尺寸显示器开发成功后,则更可应用在摄影机、数码相机、SMARTPHONE等。另外,据Stanford Resources估计,OLED将在2005年产值将突破7.15亿美元,OLED未来市场的成长相当值得期待。反之,由于OLED的迅速崛起,竞逐中小尺寸显示器的应用市场,因此在未来数年间,中小尺寸的TN/STN产业将面临重大冲击。 

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