柔性OLED雖姍姍來遲,但一夜爆紅,柔性OLED顯示材料國產化或是更大瓶頸

2021-03-06 觸控螢幕與OLED網

摺疊手機橫空出世,這項「黑科技」其實30多年前就有了,柔性OLED為何姍姍來遲?隨著三星搶發,華為跟上,與去年乏善可陳的世界移動通信大會(MWC)相比,今年的巴塞隆納顯然熱鬧異常,摺疊屏的橫空出世,不僅讓原本已略顯疲態的手機江湖風雲再起,也讓潛伏了數十年之久的「幕後英雄」OLED浮出水面。

  

    雖然摺疊手機、捲曲電視、OLED波浪拼接牆等柔性可摺疊OLED產品的發布將OLED推上了「風口浪尖」,但事實上,2019年已經是OLED技術走過的第32個年頭。

    一、OLED潛伏數十年 一夜爆紅

    今年春節後,摺疊手機的轟動效應也傳導到了A股市場,OLED板塊應聲而起。

    龍頭公司深天馬A、京東方A在曾一周內的漲幅均接近50%,其中京東方A在情人節當天的成交額高達140億元,與此同時,維信諾、TCL等上市公司亦跟漲。

    除了面板廠商外,上下遊其他上市公司的股價也開啟上漲模式,星星科技、領益製造、凱盛科技等數十隻股票也大漲。

    因為太熱,以至於凱盛科技與東材科技還雙雙發布了風險提示公告,並介紹各自旗下涉及OLED項目的進展情況。

OLED產業鏈全景圖

    從2月2日到2月28日,OLED板塊的指數區間漲幅為28.07%。

    OLED板塊上漲的主要推力來自下遊手機廠商的大動作。2月2日,在全球手機出貨量常年排第一的三星電子公布了摺疊屏手機的廣告片,其後在2月20日召開了可摺疊手機GalaxyS10的發布會,打響摺疊手機第一槍。

    2月24日,巴塞隆納世界移動通信大會上,華為發布首款可摺疊屏幕手機,這也是華為首款5G手機。

    除此之外,小米手機、柔宇科技也分別在1月23日和去年10月推出了各自的可摺疊手機。昨天,有消息稱,摩託羅拉也即將推出摺疊智慧型手機。

    而摺疊手機的風生水起,與關鍵技術OLED的突破密不可分。

    掀起OLED的蓋頭,才發現它並不是最近幾年才冒出來的新概念。

    OLED的中文名字叫有機發光二極體,又稱為有機電雷射顯示、有機發光半導體,分為PMOELD(被動矩陣有機發光二極體)顯示技術和AMOELD(主動矩陣有機發光二極體),後者代表了產業的主流方向,也是目前應用最廣的。

    LED(傳統液晶顯示)對於我們來說已再熟悉不過,與其相比,屬於第三代顯示陣營的OLED有諸多優點,其天生就具有主動發光、柔性、超薄、低功耗等特徵,而且能讓色彩更加真實和飽滿。

    如用在檯燈上,其光線更加柔和均勻且接近自然光;如用在屏顯上,其色彩還原度可達80%~90%,遠遠高於LED的色彩效果,而且視野至少是180度,也就是說你從屏幕的任何角度看都是亮的,沒有陰影。

    OLED的誕生頗為偶然。1987年,從事有機太陽能電池研究的美籍華裔科學家鄧青雲,在做實驗的時候不經意間發現了OLED材料,隨後他發表了論文,被引用無數遍。

    之後,OLED從理論走向實際產業應用。由日本山形大學Junji Kido教授發明的第一塊OLED白光照明屏開啟了OLED在照明領域的新起點。

    2007年,索尼發布了一款11寸面板的OLED樣品電視機,開闢了OLED在顯示領域的應用場景,最薄地方僅有3毫米。

    實際上,在智慧型手機上首次應用OLED屏幕的並非是三星,而是諾基亞。

    諾基亞2008年發布的新款N85,就採用了OLED屏,色彩表現超過當時的旗艦款N96。

    在電腦上最先應用的是聯想,2016年,聯想推出了世界上第一款OLED筆記本電腦。

    至此,OLED的應用領域進一步拓寬。2017年,廣州塔與LG Display首次跨界合作、共同開發了視覺互動體驗項目——由144塊OLED面板組成的全球最大規模的「OLED隧道」;而世界最大的OLED屏,則位於杜拜。

    事實上,近一兩年發布的手機,有超過50%都換上了OLED顯示屏,但這些應用於終端的屏幕都是剛性OLED顯示屏。直至近期,可摺疊終端的問世,才將,真正應用於產品之上。

    二、柔性OLED為何姍姍來遲?

    不可否認,摺疊手機確實再次點燃了我們對手機的想像力。

    那麼,柔性OLED為何姍姍來遲,是什麼成為廣泛應用的「攔路虎」呢?

    中科院寧波材料所曹鴻濤研究員認為:「柔性、剛性OLED器件的發光科學原理是一樣的,柔性的難點主要是工程技術問題。」

    「OLED單器件是一個三明治結構,傳統的OLED器件採用剛性的玻璃作為基板,而柔性OLED採用的基板是柔性的,由於形變自由度較大,甚至發生反覆彎折,OLED的性能會發生漂移乃至失效,同時隔水、隔氧手段也要跟上。」曹鴻濤說,工業上整個過程僅蒸鍍工藝都要7層左右,對材料一致性要求極為苛刻。

    在中科院寧波材料所宋偉傑研究院看來,OLED技術本身經歷30餘年的發展,其實已經相當成熟,可摺疊手機等終端的出現只是將其柔性的天然特徵實現有效的應用,對OLED技術本身並無太大的挑戰。真正的挑戰在於如何將手機上的其它部件與可摺疊的屏幕進行適配。如觸控單元在彎曲面實現精準感應的技術較難,在小尺寸屏幕上實現更會增加其集成難度;再如手機屏幕最上層的蓋板材料也要更換成柔性透明材料,一般用的是一種叫透明聚醯亞胺的材料,這些核心材料的國產化,才是整個環節裡非常巨大的挑戰。

    「因為工藝的問題,產品良率是OLED面板尤其是柔性OLED面板最大的問題。」寧波盧米藍新材料有限公司器件部湯經理說,「若是產品良率可以得到提升,成本的快速下降會推動柔性OLED顯示市場規模快速增長。」

    宋偉傑也認為:「如果成本進一步降低,OLED屏有較大可能性會成為手機終端顯示的標配,比如拿拖拉機和汽車對比,二者都可以代步,但汽車就要更先進一些,所以大家也就會選擇汽車,OLED只要量上來了,成本就會下降,它能否普及,問題只能在企業層面進行解決。」

    在湯經理看來,國內OLED面板做的相對較好的是京東方,根據官方發布數據,其綜合良率已經可以達到70%,但能大批量生產柔性OLED面板的廠家目前還沒有。即使是三星,GALAXY Fold的年銷量規劃也就在100萬臺左右,無法和正常的銷量進行比較,主要還是柔性屏的良率難以提高,導致成本居高不下。

    OLED上下遊產業鏈 環節眾多,規模可達千億美元,這個巨無霸產業寧波該怎樣布局?

    三、產業規模達千億美元級

    按照業內人士的看法,無論是剛性OLED屏還是柔性OLED屏,其實在產業鏈環節上並無太大差別,主要包括OLED材料製造、設備製造、組裝零件製造、面板製造、應用集成等,其中材料製造和面板製造是最核心,也是最難的兩個環節。

    OLED產業鏈是以OLED面板為出發點,它的上遊是製造OLED面板所需的零組件,包括原材料、生產設備及電子元器件,下遊是OLED的終端應用,包括手機顯示、VR、穿戴設備、平板、電腦、電視等。其中市場最大的是面板製造廠商、生產線設備和顯示材料。

    面板顯示行業是僅次於IC設計後的第二大電子元器件細分行業,其上下遊產業鏈環節眾多,牽涉面廣,規模可達千億美元級別,也是「缺芯少屏」的中國長期支持的戰略產業。

    隨著全球OLED面板技術、產能逐漸轉移至中國,OLED這種新型顯示技術就成為美國、日本、韓國包括中國臺灣地區眾多企業意圖重新掌控全球顯示領域制高點的必爭之地。

    三星、LG等國際顯示巨頭的投資重點早在十年前就開始加速轉向OLED,並投入巨資進行生產線建設,2015年三星率先實現OLED量產。

    近些年,OLED面板國產化的進度明顯加速。

    自2016年5月18日,國家發展改革委發布《國家發展改革委工業和信息化部關於實施製造業升級改造重大工程包的通知》,明確指出重點發展有機發光半導體顯示(AMOLED)等新一代顯示量產技術,建設高世代生產線後,OLED面板及其顯示材料國產化就備受產業界和資本界的關注。

    2017年,全球OLED材料主要供應商日本「出光興產」宣布與京東方在OLED面板領域展開戰略性合作達成基本共識。建立合作關係後,出光興產不僅會向京東方供貨,還將根據京東方的需求開發高性能OLED材料。

    2017年武漢華星光電與武漢東湖新技術開發區管委會籤訂合作協議,投資350億元在東湖新技術開發區智能製造產業園建設6代LTPS-AMOLED柔性顯示面板生產線。和輝光電、深天馬、國顯光電等面板廠商自2016年以來也加快了OLED面板的投資腳步。

    四、顯示材料國產化或是更大瓶頸

    在科研人員看來,顯示材料國產化也許是更大的瓶頸。

    2017年1月23日,工信部、發改委、科技部、財政部印發《新材料產業發展指南》。指南提出開展重點新材料應用示範。政策的不斷出爐表明OLED行業發展已經引起國家層面的重視,未來將受到國家的大力支持,發展速度有望超預期,但也在一定程度上凸顯出OLED顯示材料國產化的窘困境地。

    發光材料是OLED器件中最重要的材料。「目前寧波真正做OLED發光材料研究的除了我們,應該沒有其他研究機構了。」已具有15年OLED的研究經驗的中科院寧波材料所葛子義研究員說,「包括藍光材料、螢光材料、熱延遲螢光材料(TADF)等。」

    在葛子義的辦公桌上就擺著一臺用OLED製作的檯燈,打開以後亮度可調節,光線柔和,盯著久看也不會覺得刺眼。

    「OLED材料是有機材料,我們在做的小分子材料一般只有幾十個納米的厚度,肉眼無法看見,以前OLED材料鍍在剛性基板上,現在鍍在柔性基板上,所以所謂柔性或可摺疊主要是與基板有關,與材料關係不大。」葛子義說。

    據其解釋,OLED材料最早是用螢光材料做的,效率不高,後來又做磷光材料,但磷光材料一般含銥等過渡金屬元素,穩定性差,壽命相對較短。目前無過渡金屬元素的純有機熱延遲螢光材料也在探索應用。純有機比較安全,雖然效率低但它壽命比較長,穩定的話,它能做到10萬個小時或者20萬個小時都沒問題,而磷光材料在1-2萬個小時後性能有可能就會衰減。比如用在檯燈上,使用磷光材料的燈2年左右就會偏色,從白色慢慢變黃。

    但哪怕是同樣的螢光材料也在不停地迭代,比如三星手機,屏幕顯示越來越精細,顏色越來越絢麗,應用的材料都是在更新的,若是效率或者壽命跟不上就會被淘汰。據了解,目前OLED發光材料實現量產的基本上都是國外的技術,美國UDC、陶氏化學、日本出光興產、韓國LG、英國CDT等都處於壟斷地位。國內主要是吉林奧來德、京阿格蕾雅、西安瑞聯、濮陽惠成等,但普遍存在的瓶頸是規模小且缺乏專利技術,且以供應OLED 中間體、單體粗品為主,價格普遍偏低,並未在升華材料上分得市場一杯羹。

    盧米藍與葛子義團隊正在合作研發OLED小分子材料,「OLED材料的生產過程需要經歷材料設計計算、材料合成量產、材料升華純化、材料物性檢測、器件性能檢驗五個步驟。材料設計的環節是比較難的,成功率不足5%,與國外的設計技術有很大差距,但我們可以站在巨人的肩膀上進行迭代,追趕的速度會越來越快。」湯經理說,「現階段,盧米蘭已經具備量產的條件,但價格也相對較高,正在與國內主流的面板廠進行洽談中。」

    此外,製作過程中所需要的蒸鍍、封裝等設備也是較大的投入。據了解,目前生產線上在用的基本是從日本、韓國進口的設備,價值在2000萬~3000萬元,國產的設備在精度上還無法滿足實際生產需求。

    另外兩種OLED器件的核心材料其實應用於基板和蓋板的材料,分別是耐高溫聚醯亞胺和透明聚醯亞胺。宋偉傑帶隊的研發組正在從事相關研發。「在柔性基板上做透明導電膜實現柔性觸控對可摺疊手機也很重要,我們這個組也在做相關透明導電膜和觸控技術研究。」宋偉傑說。

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