柔性显示技术发展综述
什么是柔性显示
 
柔性显示器是由柔软的材料制成的可变形可弯曲的一种显示装置。它像纸一样薄,即使切掉电源,内容也不会消失,因此也被叫做“电子纸”。柔性显示是一种非常具有前景的显示技术,而且发展迅速,柔性显示技术的发展使得信息的显示更加灵活多样。目前研究较多的实现柔性显示的主要技术包括:液晶显示(LCD)、有机电致发光(OLED)、电泳显示(EPD)。其中,OLED是最目前为止最为理想的显示技术。
 
OLED柔性显示的特点
 
OLED很薄,可以装在塑料或金属箔片等柔性材料上。不用玻璃而改用塑料的话,会让显示屏更耐用、更轻。柔性OLED面板从顶部到底部呈凹型,弯曲半径可达700毫米,有驱动电压低、体积小、重量轻、响应速度是液晶的1000倍以上,亮度也远远优于液晶,色彩较液晶更为丰富。
 
自发光是OLED技术的核心,省电是其用于电子设备的重要优势。在电池技术短期无法突破瓶颈的前提下,智能电子设备的待电时间已经成为用户体验中最重要的环节之一。与LCD屏幕相比,OLED屏幕的最大优点之一就是在显示黑色或深色颜色时更加节能。在OLED屏幕中,“黑”像素不发光,因此照亮像素时需要的电量就比较少。在LCD屏中,整个屏幕都黑屏的时候电量消耗依旧很快。由于少了LCD屏幕所需的背光板等部件,OLED屏幕的厚度相较LCD屏幕更加纤薄,使得手机及其他智能设备可以做得更加轻薄。总体来说,OLED省电、轻薄、和可弯曲的特点,是其在手机、智能穿戴设备领域爆发式增长的前提条件。
 
柔性显示的工作原理
 
OLED是有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的技术。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层,然后分别迁移到发光层,相遇后形成激子使发光分子激发,后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到,金属电极膜同时也起了反射层的作用。
 
OLED发展现状
 
OLED技术日趋成熟,已经进入高速发展期。成本下降导致渗透率快速提升。经过长达十年的研发投入和试产,三星公司率先在手机屏幕(4-6寸)领域降低了OLED的生产成本,提高了生产工艺中最重要的蒸镀步骤的良品出产率,目前的技术也逐渐成熟起来,成本逐渐降低,为大规模生产奠定了基础。苹果介入OLED领域,成为OLED在显示面板产业的里程碑。苹果对智能手机行业和供应链的影响力非常大,此前多次引领科技风潮,它的介入使得整个OLED 产业链发生了巨大变化。当前,面板制造商纷纷加大投资OLED,希望赢得未来iPhone的业务。
 
根据信息,2020年全球OLED市场规模将增长至330亿美元。OLED的快速发展将带动整个 OLED产业链的快速扩张,包括制造设备、材料、组装等产业链都将孕育巨大的机遇。由于OLED涉及的各种单体的专利权大多数已经被国外企业控制,且面板生产主要集中在三星、LG和JDI三家,所以国内的企业要直接提供单体产品面临着较高的专利门槛和客户壁垒。国内企业主要供应OLED材料的中间体和单体粗品,销往欧、美、日、韩等地,再将单体粗品进一步合成或升华成单体,面板生产企业将多种单体蒸镀到基板上面,形成OLED材料层。
 
目前,发光层、空穴传输层和电子传输层材料生产技术都被国外巨头垄断,国内还处于研发阶段。
 
OLED面临的技术难题
 
5.1 OLED封装技术难题
柔性封装是柔性 OLED的第一门槛。OLED所涉及的电子元件与空气和水接触后容易产生氧化反应导致电路短路或者故障,所以封装对于OLED电路元件的正常使用至关重要。目前主要封装技术主要有盖板封装和薄膜封装。盖板封装虽然简单有效,但最大问题在于无法满足柔性显示需求,OLED最大优势将无法实现。
 
5.2 OLED色彩纯度难题
OLED存在色彩纯度不够的问题,不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。以红色来说,LCD可呈现出来的颜色可以是纯红色,但同一个红色在OLED上面却是橘红色。
 
5.3 OLED寿命难题
OLED的寿命也是一大问题。因为OLED是有机高分子材料,蓝光寿命上有一定缺陷,长时间使用后会出现色差。OLED寿命通常只有5000小时,要低于LCD至少1万小时的寿命。低玻璃转移温度的有机材料易受到操作环境的温度或是OLED组件内部产生的焦 耳热影响,膜层产生结晶型态,改变有机材料原本的物理性质,进而造成OLED亮度衰退、寿命减短问题。
 
OLED技术难题解决方案
 
6.1 OLED封装问题解决方案
针对封装难题,使用薄膜封装,也就是柔性封装,则可以解决这一问题。同时对于刚性OLED来说,薄膜封装技术有着减轻显示器重量、降低成本的优势。当未来柔性显示的需求不断提升,市面上柔性OLED也将供不应求,故柔性封装材料也将逐渐取代盖板封装材料。薄膜封装材料通常采用的是对水氧具有高阻隔性的水汽阻隔膜。
 
6.2 OLED色彩纯度问题解决方案
针对画面显示色彩纯度问题,目前许多全彩色化技术也应用到了OLED显示器上,显示器全彩色是检验显示器是否在市场上具有竞争力的重要标志,RGB像素独立发光,光色转换和彩色滤光膜等各具优点的发光技术都应用在不同的柔性显示产品上以提升其色彩纯度。
 
6.3 OLED寿命问题解决方案
影响OLED寿命衰退的因子,可将其区分为内在和外在两种。所谓的外在因子,就是指OLED寿命衰退并非与OLED本身组件结构或是所使用的有机材料有关。而造成外在因子的最大来源就是环境中的水氧,由于OLED内有机材料与高活性金属阴极对于环境中的水氧皆相当敏感,受侵蚀的位置当OLED通电时即呈现不发光的黑点,而黑点将会随着时间的增长而慢慢变大,使得真正发光的区域越来越小,造成OLED亮度衰退的现象。改善OLED组件中黑点生长最直接有效的方式,就是透过良好的封装和具有吸湿能力的干燥剂来克服。
 
所谓内在因子,归咎于OLED本身组件结构或是所使用的有机材料上。研究内在因子无法以单一的机制来解释清楚所有的衰退现象。稳定的有机材料和改善组件发光效率是提升OLED寿命的关键之一,改善电子注入层(EIL)和金属阴极间电子注入的能障,能有效改善OLED寿命初期衰退的问题。降低电极和有机层界面能阶差,能有效延长 OLED寿命。
 
OLED发展前景&建议
 
据Displaybank预测,未来几年将迎来柔性显示屏的爆发期,市场规模高达数百亿美金。面对柔性显示屏的巨大市场,要想把握好行业机遇,打破国际垄断,国内的柔性面板行业需要重点关注以下几个方面:加强本土人才培养和技术积累,增强企业自主创新能力,夯实企业在全球面板行业的话语权;加强与整个产业链的融合,从原材料、生产设备、制造工艺等方面寻求转型升级,与产业链上下游企业协同合作,推进柔性AMOLED显示形成产业规模;勇于探索未来显示技术的发展和需求,积极做好前瞻性的产业布局。
 
来源:新型显示观察
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