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OLED新天地:柔性显示仍有诸多课题


围绕“金矿”展开开发竞争    OLED显示屏制造技术的竞争并不仅仅存在于传统的平面超薄产品显示屏领域,围绕可灵活弯曲的柔性OLED显示屏的实用化,日韩厂商等展开了激烈的开发竞争。有观点认为,柔性显示屏将成为一个巨大的新市场,对各厂商来说是个大金矿。    韩国厂商在该领域的行动十分迅速。三星电子为平板电脑“Galaxy Note 3”采用了在2013年1月举办的展会“2013 International CES”上公开的柔性OLED显示屏“Youm”,估计Note 3最早将在2013年9月于德国举办的展会“IFA 2013”上发布。有报道称,LG电子也将在2013年底推出采用柔性OLED显示屏的智能手机。    目前以剥离、转印方式为主流    不过,虽然是柔性显示屏,但好像还没有厂商采用卷到卷的制造方法。TFT技术大多都采用InGaZnO TFT及其改良版。在玻璃基板上用树脂薄膜制作显示屏后,剥离玻璃基板,然后转印到其他薄膜基板上的方法也基本是通用的(图5)。图5:柔性化方面越来越多地采用转印方式    本图为SID 2013上发布的柔性OLED基板的元件构造示例,以及从玻璃基板剥离的方法。((c)由ASU拍摄)    阅读延伸    《OLED新天地1:树脂基板也可实现高清》    各厂商选择的不同技术之间的区别主要在于以下几方面:(1)像素数和精细度、(2)采用哪种树脂基板、(3)实际制造出来的显示屏的缺陷是否明显等。    像素数和精细度都比较高的是东芝。该公司在10.2英寸的柔性OLED显示屏上实现了1920×1080像素的全高清显示。东芝表示,“此次将SID 2012上发布的94ppi的精细度提高到了223ppi”。该公司采用聚酰亚胺作为树脂基板。聚酰亚胺一般颜色略微偏黄,不过该公司称“找到了透明的聚酰亚胺”。    树脂基板的选择以及工艺温度与InGaZnO TFT的品质息息相关。具体来说,在工艺温度较低的话,可以利用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等低成本树脂,但InGaZnO TFT退火温度可能会过低。相反,工艺温度高的话,虽然InGaZnO TFT退火温度足够高,但树脂基板就必须要采用昂贵的聚酰亚胺。东芝的最高工艺温度估计高达约300℃,可见该公司重视的是InGaZnO TFT的品质。    而美国亚利桑那州立大学(ASU)和松下等采用了PEN基板。松下发现,“工艺温度越低,越容易从玻璃基板剥离”,因此选择了低温工艺。该公司好像还在讨论使用比PEN成本更低的PET。    不过,在SID 2013会场上利用试制品实际显示了影像的,只有日本半导体能源研究所(SEL)等。SEL的3.4英寸柔性OLED显示屏的精细度高达326ppi,制造品质非常高,根本看不到缺陷。而其他厂商的试制品有很多仅从照片上就能发现明显缺陷。    大气稳定性是最后的课题    柔性OLED显示屏实用化面临的最后一个课题是如何确保大气稳定性。如果是平面超薄、轻微弯曲的显示屏,面板正反面都可以利用玻璃,导致显示屏劣化的水蒸气和氧气基本都能隔离。但要想实现轻量、可灵活弯曲的产品,就很难利用玻璃,只能用树脂封装,这就带来了问题。    普通树脂薄膜中,水蒸气和氧气隔离性较高的产品的水蒸气透过性为平均每天10-4g/m2左右。而要想实现与玻璃相当的隔离性,水蒸气透过性必须在平均每天10-6g/m2以下。虽然也有几款具备这样高的隔离性的树脂薄膜,但属于特种材料,价格非常昂贵。    利用新EIL解决劣化问题    NHK和日本触媒在SID 2013上发布了解决这一问题的其他方法(图6),那就是把造成OLED元件劣化的主要原因——电子注入层(EIL)的材料改为难以被氧化的材料。改变材料后,还出于制造工艺整合性的考虑改进了元件构造,采用相对于光提取方向使阳极和阴极顺序颠倒的“倒置OLED”(iOLED)构造。    阅读延伸    《OLED新天地1:树脂基板也可实现高清》    在比较了这种显示屏与单面用水蒸气透过性为10-4g/m2的树脂薄膜封装的、采用普通构造的OLED屏的大气稳定性后发现,经过100天后,采用普通构造的屏幕严重劣化,而采用新构造的屏幕没有出现劣化。由此,无需使用隔离性非常高的昂贵的树脂薄膜,只需改变元件内部的材料就能够确保大气稳定性。图6:通过改进元件构造实现较高的大气稳定性    NHK和日本触媒开发的大气稳定性较高的、采用新构造的OLED元件的概要(a~b)。东工大和旭硝子也发布了类似的技术及采用新技术的EIL材料(c)。    与InGaZnO匹配性良好    此次,NHK等没有公布EIL材料的详情。东京工业大学和旭硝子也在2013年春季的“第60届应用物理学会春季学会演讲会”和本届SID 2013上发布了构造基本相同的柔性OLED屏,利用的EIL材料为“C12A7电子化合物”(图6(c))。这种物质也就是东京工业大学细野秀雄教授的研发小组在2002年开发的“导电的透明胶结物”注1)。    注1) C12A7电子化合物开发之初还打算用于FED(场发光)型显示屏的电子枪材料等。但由于FED本身的开发日渐衰退,因此最终未能问世。    阅读延伸    《OLED新天地1:树脂基板也可实现高清》    旭硝子和NHK均表示,“iOLED构造OLED元件与n型TFT的整合性很高”。这是因为,在电子能级方面,InGaZnO TFT与OLED元件的电极整合性高,电流容易流过。另外,据NHK介绍,iOLED在像素驱动电路中的连接位置与原来不同,能增加流经OLED元件的电流的稳定性,这也是一个优点。    InGaZnO TFT为n型TFT。如果C12A7电子化合物真的被用作EIL材料,那么细野教授将在TFT技术和EIL材料这两方面为OLED的实现做出巨大贡献。    有望取代磷光材料的新材料备受关注    在SID 2013上,还有一位日本研究人员受到了极大关注。那就是九州大学教授、主管最尖端有机光电子研究中心(OPERA)的安达千波矢(图7)。2012年,OPERA从名为热活性型延迟荧光(TADF)的材料群中,发现了发光效率与磷光材料相当的材料。图7:日本开发的“第三代发光材料”备受关注    本图为九州大学的OPERA开发的OLED元件的新型发光材料“TADF”的优点及采用TADF制作的显示屏试制品。    在SID 2013上就OLED的新一代材料发表演讲的麻省理工学院(MIT)电气工程系教授Marc Baldo称,“安达教授开发的TADF有望成为取代磷光材料的新的发光材料群”。    安达教授也在SID 2013上就TADF发表了演讲。包括Baldo的演讲在内,与会者提出的主要问题是,“TADF能否用蓝色材料实现发光寿命长的产品”,安达教授对此回答说“Promising(非常有希望)”。(未完待续)

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