OLED之父乃华人 揭开OLED鲜为人知的秘密

自从年初的CES2012三星、LG等展示了大尺寸的OLED之后,这半年多来,关于OLED的新闻从未间断,这个自诞生以来就被称作“梦幻”的显示技术热度不断上升,有消息称55寸OLED电视将会在今年下半年上市,60寸柔性OLED将会在2017年上市,而大家对这些代表性的产品充满了期待。


揭开OLED鲜为人知的秘密

  OLED被视为下一代的显示技术,目前在手机等小尺寸上已经得到了应用,而电视上则俨然一副蓄势待发的态势。既然OLED是关注的焦点,那么大家对OLED的了解足够多吗?不管答案是肯定还是否定,都希望您能翻阅本篇文章,相信能让您对OLED得到更深入的认识。
  OLED之父乃华裔科学家
  由于对OLED历史的报道并不多,加上近年来OLED产品大多由日韩推出,譬如2007年索尼的11英寸OLED电视XEL-1;2012年CES上,三星、LG的55寸OLED电视。大家在印象中似乎都认为OLED是日本人发明的,其实不然,OLED之父是华裔科学家邓青云博士。
  邓青云博士简介
  邓青云博士1947年出生于香港,于1970年在英属哥伦比亚大学得到化学理学士学位,于1975年在康奈尔大学获得物理化学博士学位。此后,他成为位于纽约罗切斯特的柯达研究实验室的一名研究科学家,并开始了他从事有机半导体材料和电子应用设备开发的职业生涯。2006年,邓青云博士因为其在有机发光二极体和异质结有机太阳能电池上取得的开创性的成就被选为美国工程院院士。2011年,邓教授与芝加哥大学的斯图尔特·赖斯教授和卡耐基梅隆大学的克里兹托夫·马特加兹维斯基教授共同获得了由沃尔夫基金会颁发的沃尔夫化学奖,这是在化学领域仅次于诺贝尔奖的国际性大奖。

  科学新发现大都是从一些出人意外的小事件开始,OLED的发现也不例外。1979年的一天晚上,在柯达公司从事科学研究工作的华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起自己把东西忘在了实验室里。等他回到实验室后,竟发现一块做实验用的有机蓄电池在黑暗中闪闪发光!这个意外惊喜为OLED的诞生拉开了序幕,而邓博士也因此被称为“OLED之父”。


“OLED之父”华裔科学家邓青云博士

  在OLED历史的早期,有机电致发光技术徘徊在高驱动电压、低亮度、低效率的水平上,这些方面的困难使得OLED不切实际,这也就使得OLED的研究工作未引起重视。直到1987年美国柯达公司的邓青云博士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。

  1990年,英国剑桥大学的Burroughes、Friend等人发现导电高分子材料PPV具有良好的电致发旋光性能,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。


PLED


  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。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。自这时起,OLED技术告别了以基础科学研究为主的阶段,进入了以商业应用为主的时期。


飞利浦Fluid概念OLED手机

  OLED全名是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode),部分国外又称为有机电激光显示(Organic Electroluminesence Display,OELD)。其与传统的LCD显示方式不同,无需背光灯,具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄,可视角度更大,并且能够显著节省电能。


  OLED技术发展至今,分类可是多种多样的,但是它们的结构是类似的,而且比较简单。为了形像说明OLED构造,可以将每个OLED单元比做一块汉堡包,发光材料就是夹在中间的蔬菜。每个OLED的显示单元都能受控制地产生三种不同颜色的光。


OLED结构


  按发光材料可分为低分子OLED(日本公司掌握核心技术,更易彩色化)和高分子OLED(由英国CDT公司掌握核心技术);按照驱动方式,又可以将OLED分为无源驱动OLED(PM-OLED)和有源驱动OLED(AM-OLED)两种;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。


OLED主要按驱动技术不同分类

  众多分类中,最主要的分类方法之一是按驱动技术不同分类。主动方式下,OLED单元后有一个薄膜晶体管(TFT),发光单元在TFT驱动下点亮。被动方式下,由行列地址选中的单元被点亮。主动方式下,OLED单元后有一个薄膜晶体管(TFT),发光单元在TFT驱动下点亮。主动式OLED应该比被动式OLED省电,且显示性能更佳。
  OLED生产线最贵但理论成本低

  OLED生产线投资最贵,这个大家估计都能猜到,确实,其不仅高于CRT、等离子,还高于液晶显示技术。我们知道,LG在中国国内投资最大的项目是LGD广州8.5代液晶面板线,投资金额高达40亿美元,但同等规模的OLED生产线投资则可能高达50亿美元以上,其贵的原因主要在于生产工艺的难点OLED技术主要由固体材料构成,而这些材料的涂布必须在液态、溶解态或者汽化态下进行。


OLED生产线投资最贵


  虽说生产线最贵,但这是重新建设的算法,而OLED生产线可以由LCD液晶面板生产线改造而来,所以其整体产业投资却几乎是最低的。如果一条已经几乎完善的8.5代LCD生产线转产OLED面板,投资通常在20亿美元多一些,远低于一条新的8.5代液晶面板线投资。


三星OLED面板

  另外,上面已经提到,OLED的结构比较简单,相比液晶要简单得多。这样就说明了如果OLED显示技术一旦大规模应用,必然会在成本上表现出一定的优势。事实上,OLED显示技术在理论看来,也可能是目前为止成本最低的显示器件。

  相比起液晶,OLED的成本是比较低的。首先,液晶显示需要一个光源系统,包括发光器件、驱动电路和导光板,而OLED则不需要;其次,液晶的封装需要考虑液体材料的特点,例如流动性、不可支撑性,而OLED没有这些问题。最具争议就是材料的涂布,随着OLED技术和材料应用方面的发展,其成本绝不会显著高于液晶产品。


OLED结构简单,成本上有一定优势

  从各种综合因素来看,理论上OLED产品在量产时,成本是有一定优势的。当然,目前OLED还是处于初级阶段,成本依然相当高,所以我们听到55寸上市售价将会高达7万的声音。
  国外国内OLED发展状况
  目前,可以说大尺寸OLED仍处于起步阶段,大尺寸产品都是最近两三年才有推出,但是我们可以预见,进入2012年之后,无论大尺寸还是小尺寸OLED都将会呈现爆发性的增长。

  在小尺寸方面(手机、平板电脑等),OLED显示技术已经大量应用,而且相对成熟,色彩、对比度、可视角度等均有较大优势,消费者在选购时也更倾向于OLED产品。在大尺寸方面(电视等),三星和LG在CES2012上曾展示过55寸OLED,而且据说会在今年的下半年上市,这些OLED屏幕将出自新的8.5代线,其能满足百英寸以内的任何尺寸显示产品的生产需要。


三星55寸OLED电视


  三星拥有一条4.5代线,在小尺寸OLED市场上占据了绝对优势。而业内普遍认为,三星、LG等面板制造商已经准备将韩国和台湾地区的液晶生产线改造成OLED生产线,而未来的液晶面板将由设在中国大陆的生产线供应。


三星柔性OLED屏幕


  而国内的面板厂商似乎对OLED的反应稍微迟钝一些,核心技术依然落后于国外企业。在小尺寸上,国内企业还算是跟上了步伐,京东方、华星光电、彩虹等企业都有小尺寸OLED方面的投资规划。在大尺寸上,国内企业落后更多,京东方虽然掌握大尺寸液晶面板技术,但是业绩一直不好,投资主要靠政府支持和金融市场融资完成,而且去年刚刚投产的8.5代线面临着面板业产能过剩的巨大市场压力。然而,从液晶向OLED过度是必然的,所以京东方未来可能会筹备8代以上的OLED面板线项目。


京东方积极布局AMOLED

  当前,OLED产业的核心材料技术掌握在美国和英国企业手中、制程和装备则与LCD有相似之处,主要掌握在日本、欧美企业手里。同时,OLED技术所涉及到的主要材料科学也多数掌握在欧美和日本企业手中。作为中间屏幕产品的主要产地则是日本、韩国、台湾和大陆地区。
  小结:
  从全球范围来看,手机、平板电脑、PC、电视等主要显示设备均已经进入向OLED升级的阶段,虽然我国在OLED产业中起步并不是很晚,但是在技术储备和产业资金准备上严重落后于日本、韩国和台湾,所以,笔者觉得,我们还需适当加大投入,以求日后不再在OLED产业上出现受制于人的局面。