- 有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)在提振行業(yè)當(dāng)前的不景氣方面邁出了一大步
- OLED正在顯示和照明領(lǐng)域開拓出許多高利潤(rùn)的應(yīng)用
- 目前PM OLED存在嚴(yán)重供過于求的情況
- 預(yù)期對(duì)AM OLED的大量需求導(dǎo)致AM OLED的生產(chǎn)能力正在急劇擴(kuò)張
- 到2015年,OLED顯示屏的營(yíng)收將從去年的5.91億美元增長(zhǎng)到60億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)到40%
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)在提振行業(yè)當(dāng)前的不景氣方面邁出了一大步,它正在顯示和照明領(lǐng)域開拓出許多高利潤(rùn)的應(yīng)用。有跡象表明,有源矩陣(AM) OLED而非無源矩陣(PM) OLED將最終主宰這一應(yīng)用領(lǐng)域。
DisplaySearch公司預(yù)測(cè),到2015年,OLED顯示屏的營(yíng)收將從2008年的5.91億美元增長(zhǎng)到60億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)到40%。屆時(shí),OLED電視將成為最大的應(yīng)用,市場(chǎng)容量總計(jì)達(dá)26億美元。手機(jī)顯示屏(目前主要采用各種尺寸的PM OLED)市場(chǎng)將占到19億美元(圖1A)。
該市場(chǎng)研究公司還表示,雖然PM OLED顯示屏的單位出貨量到2015年將一直增長(zhǎng),但其收入將保持平穩(wěn)。與此同時(shí),AM OLED的單位出貨量將增加兩倍,并將在2011年超過PM OLED的出貨量(圖1b)。
DisplaySearch公司指出,目前PM OLED存在嚴(yán)重供過于求的情況。此外,許多建立了大型PM OLED生產(chǎn)線的公司正發(fā)現(xiàn),由于有限的應(yīng)用和來自LCD顯示屏的競(jìng)爭(zhēng),這些生產(chǎn)線現(xiàn)在已處于開工不足狀況。與LCD顯示屏相比,PM OLED顯示屏無法像LCD那樣以很高性價(jià)比做出大型顯示屏,因此其應(yīng)用已受到局限。
“去年,AM OLED需求的增長(zhǎng)彌補(bǔ)了PM OLED的下滑,”DisplaySearch顯示技術(shù)總監(jiān)Jennifer Colegrove說,“展望未來,為OLED找到一個(gè)LCD難以與其競(jìng)爭(zhēng)的縫隙市場(chǎng)是很重要的,如柔性或透明顯示或照明。OLED開發(fā)商也應(yīng)該尋找機(jī)會(huì)把他們的技術(shù)與其他熱點(diǎn)技術(shù)(如觸摸屏)結(jié)合起來。”
另一方面,由于預(yù)期對(duì)AM OLED有大量需求,因此AM OLED的生產(chǎn)能力正在急劇擴(kuò)張。與LCD相比,OLED顯示屏具有以下優(yōu)點(diǎn):更薄的外形、更寬的視角、更快的響應(yīng)速度、更低功耗、更好的色域和色彩還原、更高的對(duì)比度和更寬的工作溫度范圍。
不過,各公司仍然必須解決如何實(shí)現(xiàn)更大尺寸的OLED面板和提供更長(zhǎng)的工作壽命等問題。另外,還需要更高效且壽命更長(zhǎng)的藍(lán)光OLED。為解決這些問題,設(shè)計(jì)人員正在轉(zhuǎn)向非晶硅、改進(jìn)的材料、薄膜晶體管(TFT)和金屬氧化物驅(qū)動(dòng)器電路、以及可實(shí)現(xiàn)TFT底板更高生產(chǎn)良率的更佳工藝方法。
AM OLED像素啟動(dòng)和關(guān)閉的速度比傳統(tǒng)電影中像素運(yùn)動(dòng)的速度快兩倍多。比PM OLED響應(yīng)速度更快、功耗更低的AM OLED顯示屏是全動(dòng)態(tài)視頻和圖形顯示應(yīng)用的理想選擇。AM OLED更適合于大屏幕顯示器和電視機(jī)、電子標(biāo)志牌和廣告牌。
“AM OLED的能效比PM OLED好很多,”Universal Display Corp(UDC)技術(shù)商業(yè)化副總裁Janice Mahon說。
PM OLED結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單
PM OLED的結(jié)構(gòu)比AM OLED的更簡(jiǎn)單,因此生產(chǎn)成本也更低。PM OLED可以使用傳統(tǒng)制造技術(shù)來成型。整個(gè)面板制造工藝可以很容易地適應(yīng)更大的面積和高產(chǎn)出制造。PM OLED非常適合低成本和低信息量、對(duì)角線1.6至4英寸的小顯示面板,如手機(jī)、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)所使用的。
盡管PM OLED具有這些優(yōu)勢(shì),但火起來的卻是AM OLED。幾乎所有主要的OLED顯示屏制造商,包括索尼、RiT Display、Univision、Nippon Seiki、MicroEmissive Displays、Truly Semiconductor、Samsung SDI、臺(tái)灣奇晶光電(CMEL)、Pioneer、eMagin、Wintek和LG Display等都已經(jīng)或?qū)⒁捎眠@種技術(shù)。
AM OLED正在諾基亞、三洋和東芝的高端3G和4G手機(jī)中得到應(yīng)用。其他應(yīng)用包括:數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相框、便攜式多媒體播放器、以及手持式電視。
OLED(尤其是AM OLED)的驅(qū)動(dòng)可能是很有挑戰(zhàn)性的。這是因?yàn)榕cLCD不同,OLED是電流驅(qū)動(dòng)型的。因此,薄膜晶體管(TFT)驅(qū)動(dòng)電路性能的任何變化都將影響到OLED顯示屏的亮度。
柯達(dá)公司開發(fā)出整體糾錯(cuò)(GMC)技術(shù)來應(yīng)對(duì)AM OLED驅(qū)動(dòng)性能的變化。GMC被整合進(jìn)偵測(cè)并補(bǔ)償錯(cuò)誤的外部驅(qū)動(dòng)器IC。
為AM OLED開發(fā)和授權(quán)完整背板和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的Ignis Innovations公司提供兩種技術(shù)平臺(tái):AdMo和MaxLife。Admo瞄準(zhǔn)的是手持和超移動(dòng)設(shè)備;MaxLife的目標(biāo)應(yīng)用則是監(jiān)視器、臺(tái)式機(jī)和TV。兩個(gè)平臺(tái)都有非晶硅和多晶硅版本以糾正圖像粘滯(image-sticking)和斑點(diǎn)問題。在今年的CES展上,Ignis展示了采用該公司技術(shù)驅(qū)動(dòng)的2.2英寸QVGA OLED顯示屏。
但這不是說PM OLED技術(shù)已經(jīng)止步不前。近日,TDK展示了一款用于手機(jī)的3英寸對(duì)角線PM OLED顯示屏,它具有QVGA(320×240像素)和寬QVGA(W-QVGA)分辨率。這款顯示屏采用了Dialog Semiconductor第一款基于其Smart-Xtend技術(shù)的驅(qū)動(dòng)IC。[page]
SmartXtend采用帶精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)電流匹配的多線尋址方案。與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法比,該方法可把驅(qū)動(dòng)矩陣內(nèi)流經(jīng)每個(gè)二極管內(nèi)的峰值電流降低30%。
另外值得一提的是劍橋顯示技術(shù)(CDT)公司的整體矩陣尋址技術(shù),它集無源和有源矩陣尋址技術(shù)方案的最佳性能于一身。CDT正努力把該技術(shù)推向市場(chǎng)。
電視和手機(jī)
當(dāng)索尼兩年前推出其11英寸對(duì)角線的XEL-1 AM OLED電視時(shí),大屏幕尺寸的OLED似乎并不遙遠(yuǎn)。但迄今為止,即使XEL-1已上市,因OLED的高制造成本,這種大屏幕并沒出現(xiàn)。不過,在今年的CES上,索尼CEO Howard Stringer 說:“索尼的下一步是推出對(duì)角線為20到30英寸的OLED TV。”
4年前,三星展出了其首款為平板電視研制的40英寸AM OLED工作原型。2007年初,索尼展示了27英寸AM OLED電視原型。但這兩款原型至今尚未進(jìn)入商業(yè)化市場(chǎng)。
開發(fā)中到大尺寸對(duì)角線OLED電視的一個(gè)障礙涉及以可接受的量子效率水平和壽命生產(chǎn)藍(lán)光OLED。在紅、綠、藍(lán)三基色中,藍(lán)色所需能量最高,這三種顏色混合起來才能呈現(xiàn)完整的色域。
UDC開發(fā)出一項(xiàng)稱為UniversalPHOLED的高性能磷光OLED(PHOLED)專利技術(shù),它的效率是傳統(tǒng)OLED的四倍。該技術(shù)已被手機(jī)、多媒體播放器和其他顯示設(shè)備所采用。在開發(fā)新型OLED照明應(yīng)用時(shí),它也發(fā)揮了一個(gè)關(guān)鍵的作用。“我們將繼續(xù)開發(fā)更好的藍(lán)光以及紅和綠光OLED,”UDC的Mahon說。
亞利桑那州立大學(xué)(ASU)展示了一款4英寸對(duì)角線柔性AM OLED QVGA顯示器。它使用了杜邦的Teijin熱穩(wěn)定聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯材料、用180℃工藝制造,并被整合在非晶硅TFT背板上。該顯示器是在柔性顯示器中心研發(fā)的,ASU和UDC都是該中心的創(chuàng)始成員。
佛羅里達(dá)大學(xué)的材料工程師采用熒光材料開發(fā)出非常高效的藍(lán)光OLED。這些磷光PHOLED材料的峰值功效比傳統(tǒng)器件的提高了300%以上,工程師說。
在3.2V啟動(dòng)電位下,該技術(shù)在100cd/m2光照條件下,把效率從8±1 lm/W提升到25±2 lm/W。在1000cd/m2條件下,還實(shí)現(xiàn)了20lm/W的效率。其17±1%的最高量子效率有5%的提升,而采用的p-i-n光電二極管的電致發(fā)光光譜幾乎與傳統(tǒng)PHOLED的相同。
韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員也正在努力改善PHOLED的效率。他們已開發(fā)出一種整合了激子阻斷層的新型架構(gòu),以在高亮度水平下穩(wěn)定PHOLED的效率,從而使PHOLED更適用于大型顯示器和固態(tài)照明應(yīng)用。
三星正在開發(fā)一款用于電視機(jī)和筆記本電腦的14.1英寸對(duì)角線AM OLED顯示器,可望今年內(nèi)面世。同時(shí),三星的Omnia HD是最新的一款采用了AM OLED的手機(jī)(圖2)。這款手機(jī)配備了3.7英寸對(duì)角線顯示器、具有360×640像素、帶高速下行分組接入(HSDPA)觸摸屏及一個(gè)可以錄制高清(HD)視頻的8百萬像素照相機(jī)。
AM OLED已成功地滲透到高清3G和4G手機(jī)中,而在2G手機(jī)中,唱主角的是PM OLED。各種市場(chǎng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示:到2015年,手機(jī)OLED顯示器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到15到20億美元,僅次于OLED電視,后者據(jù)估計(jì)屆時(shí)將達(dá)到20到30億美元。在數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、近目取景器(near-eye viewer)、微顯示器、游戲、筆記本電腦、MP3播放器、便攜式DVD播放機(jī)和數(shù)碼相框等領(lǐng)域,AM和PM OLED也都將能派上用場(chǎng)。
發(fā)光聚合物
聚合物OLED(P-OLED)是種相對(duì)簡(jiǎn)單的OLED構(gòu)造,它采用發(fā)光聚合物(LEP)材料。P-OLED是劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室于1989年發(fā)明的,基于其簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),能采用類似噴墨打印那樣的溶劑工藝或旋轉(zhuǎn)涂敷工藝對(duì)其進(jìn)行制造,且成本不高。
這樣一種工藝比常規(guī)真空沉積技術(shù)要簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)得多。目前正進(jìn)行提升P-OLED低效率水平的工作。Add-Vision、卡西歐和松下等公司在積極研發(fā)P-OLED技術(shù),并可能于今或明年進(jìn)行該顯示器的商品化生產(chǎn)。
Add-Vision的印刷P-OLED技術(shù)提供了許多主流OLED具有的有吸引力的特性,但制造更容易、成本更低。該公司開發(fā)出一種混配的P-OLED LEP墨水,它是把LEP與添加劑和輸送材料進(jìn)行特殊摻混和配制得到的。
添加劑使在發(fā)光聚合物上進(jìn)行低電壓電荷注入和高效率輻射復(fù)合成為可能,且不需要不穩(wěn)定、真空沉積形成的金屬電極。此外,這種膜對(duì)在真空沉積過程中常見的高通量變異不敏感。
Add-Vision結(jié)構(gòu)采用空氣穩(wěn)定可打印陰極材料,它使低電壓工作、高功效和均勻發(fā)光成為可能。同時(shí),這些材料可在空氣中打印且兼容柔性襯底的低溫處理(見圖3)。[page]
柔性O(shè)LED顯示器將流行
AM OLED轉(zhuǎn)向柔性顯示是個(gè)令人振奮的趨勢(shì)。“消費(fèi)者被柔性顯示及其設(shè)備所吸引,不僅是因?yàn)樗鼈冊(cè)谠O(shè)計(jì)上是創(chuàng)新的,而且還因?yàn)樗鼈兲峁┝烁鼜?qiáng)的功能,”Strategy Analytics的高級(jí)用戶體驗(yàn)分析師Chris Schreiner說。
UDC演示了采用AM OLED的4英寸對(duì)角線原型。該原型的制造是UDC聯(lián)合LG Display和L-3 Communications的顯示系統(tǒng)部門一起完成的,它是ASU正在進(jìn)行工作的一個(gè)補(bǔ)充(圖4)。UDC還在進(jìn)行該顯示器觸摸屏版本的研發(fā)。
在今年的CES上,索尼演示了稱為Flex OLED的柔性AM OLED顯示器原型,它裝在索尼的Walkman手鐲上。索尼相信,該產(chǎn)品會(huì)是未來的電子墨水(e-ink)閱讀器。三星也看好柔性O(shè)LED顯示器,并宣稱將在今明兩年使OLED的生產(chǎn)翻番。迄今,三星已出產(chǎn)了2百萬個(gè)OLED面板,并表示能在明年使這種顯示器商品化。
轉(zhuǎn)向TOLED
透明OLED(TOLED)可發(fā)出白光,它既可是PM又可是AM器件。他們只有透明組件:基板、陰極和陽(yáng)極。當(dāng)關(guān)閉時(shí),它的透明度可達(dá)到其襯底透明度的85%,如飛利浦的12cm原型TOLED面板所示(見圖5)。
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當(dāng)TOLED加電時(shí),它允許光線從兩個(gè)方向穿過。該特性對(duì)頭頂顯示器、光隔柵(白天幾乎看不見了,夜晚則是舒適的漫散光)、氣氛照明、光幕幔、用于導(dǎo)航和預(yù)警系統(tǒng)的汽車擋風(fēng)玻璃以及建筑物的窗戶等應(yīng)用很有用。開發(fā)TOLED的公司包括:歐司朗光電半導(dǎo)體、飛利浦和UDC。原型TOLED預(yù)計(jì)將在一兩年內(nèi)問世。
采用OLED技術(shù)的照明是美國(guó)能源部(DoE)的一個(gè)主要目標(biāo),它對(duì)該行業(yè)為各種照明應(yīng)用研發(fā)節(jié)能產(chǎn)品提供資助。美國(guó)能源部估計(jì):到2016年,白光OLED在全球節(jié)省的電力成本將遠(yuǎn)不止200億美元;而減少的二氧化碳排放,僅在美國(guó)就將有9百萬噸。
去年,UDC借助前面提到的UniversalPHOLED技術(shù)、采用白光源、在1000cd/m2光照條件下、實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的102lm/W能效指標(biāo)。去年,美國(guó)能源部給了該公司190萬美元獎(jiǎng)金以支持其加快白光OLED照明產(chǎn)品的開發(fā)。UDC還把UniversalPHOLED技術(shù)授許給柯尼卡美能達(dá)公司,后者將其用在柯尼卡的白光OLED照明產(chǎn)品。
歐盟(EU)啟動(dòng)了一個(gè)稱為OLED100的綜合研究項(xiàng)目,其目標(biāo)是以不超過100歐元/m2 的成本、在100×100cm的單元面積上,使OLED的效率達(dá)到100 lm/W、使用壽命超過10萬小時(shí)。在該項(xiàng)目之前,歐盟成功實(shí)施了用于照明應(yīng)用的有機(jī)LED(OLLA)計(jì)劃,其成員包括歐洲領(lǐng)先的電子產(chǎn)品制造商以及研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)。
成員之一的歐司朗半導(dǎo)體公司去年展示了一款10×10cm的OLED面板,它在1000cd/m2條件下,具有30至50lm/W的光輸出,壽命為5000小時(shí)。在歐司朗這一工作的中間環(huán)節(jié),還證明了OLED的白光輸出能比以前取得的較低水平有提高。歐司朗采用的是基本的真空沉積技術(shù),使用的是小分子而不是可打印聚合物(圖6)。歸功于與BASF AG的合作,該面板的光輸出后增至60lms/W。
Novaled AG公司采用白光堆疊構(gòu)造在1000 cd/m2條件下,實(shí)現(xiàn)了35lm/W 的更高光能效,且壽命為10萬小時(shí);該構(gòu)造串聯(lián)獨(dú)立的紅、綠和藍(lán)光發(fā)射單元或多個(gè)白光發(fā)射單元。p-i-n結(jié)構(gòu)包含專有材料(圖7)。通過選擇發(fā)光材料及改變傳輸層厚度,可輕易地把發(fā)光顏色調(diào)整為等能量的白光以用于顯示應(yīng)用。