2013年07月23日09:17
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【有機(jī)EL新天地】（一）樹脂基板也可實(shí)現(xiàn)高清
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有機(jī)EL顯示屏制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)并不僅僅存在于傳統(tǒng)的平面超薄產(chǎn)品顯示屏領(lǐng)域，圍繞可靈活彎曲的柔性有機(jī)EL顯示屏的實(shí)用化，日韓廠商等展開(kāi)了激烈的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)（表2）。有觀點(diǎn)認(rèn)為，柔性顯示屏將成為一個(gè)巨大的新市場(chǎng)，對(duì)各廠商來(lái)說(shuō)是個(gè)大金礦。
韓國(guó)廠商在該領(lǐng)域的行動(dòng)十分迅速。三星電子為平板電腦“Galaxy Note 3”采用了在2013年1月舉辦的展會(huì)“2013 International CES”上公開(kāi)的柔性有機(jī)EL顯示屏“Youm”，估計(jì)Note 3最早將在2013年9月于德國(guó)舉辦的展會(huì)“IFA 2013”上發(fā)布。有報(bào)道稱，LG電子也將在2013年底推出采用柔性有機(jī)EL顯示屏的智能手機(jī)。
目前以剝離、轉(zhuǎn)印方式為主流
不過(guò)，雖然是柔性顯示屏，但好像還沒(méi)有廠商采用卷到卷的制造方法。TFT技術(shù)大多都采用InGaZnO TFT及其改良版。在玻璃基板上用樹脂薄膜制作顯示屏后，剝離玻璃基板，然后轉(zhuǎn)印到其他薄膜基板上的方法也基本是通用的（圖5）。
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圖5：柔性化方面越來(lái)越多地采用轉(zhuǎn)印方式 本圖為SID 2013上發(fā)布的柔性有機(jī)EL基板的元件構(gòu)造示例，以及從玻璃基板剝離的方法。 |
各廠商選擇的不同技術(shù)之間的區(qū)別主要在于以下幾方面：（1）像素?cái)?shù)和精細(xì)度、（2）采用的樹脂基板的種類、（3）實(shí)際制造出來(lái)的顯示屏的缺陷是否明顯等。
像素?cái)?shù)和精細(xì)度都比較高的是東芝。該公司在10.2英寸的柔性有機(jī)EL顯示屏上實(shí)現(xiàn)了1920×1080像素的全高清顯示。東芝稱，“此次將SID 2012上發(fā)布的94ppi的精細(xì)度提高到了223ppi”。該公司采用聚酰亞胺作為樹脂基板。聚酰亞胺一般顏色略微偏黃，不過(guò)該公司稱“找到了透明的聚酰亞胺”。
樹脂基板的選擇以及工藝溫度與InGaZnO TFT的品質(zhì)息息相關(guān)。具體來(lái)說(shuō)，如果工藝溫度較低，可以利用PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）和PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）等低成本樹脂，但I(xiàn)nGaZnO TFT退火溫度可能會(huì)過(guò)低。相反，如果工藝溫度高，雖然InGaZnO TFT退火溫度足夠高，但樹脂基板就必須要采用昂貴的聚酰亞胺。東芝的最高工藝溫度估計(jì)高達(dá)約300℃，可見(jiàn)該公司重視的是InGaZnO TFT的品質(zhì)。
而美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)（ASU）和松下等采用了PEN基板。松下發(fā)現(xiàn)，“工藝溫度越低，越容易從玻璃基板剝離”，因此選擇了低溫工藝。該公司好像還在討論使用比PEN成本更低的PET。
不過(guò)，在SID 2013會(huì)場(chǎng)上利用試制品實(shí)際顯示了影像的，只有日本半導(dǎo)體能源研究所（SEL）等。SEL的3.4英寸柔性有機(jī)EL顯示屏的精細(xì)度高達(dá)326ppi，制造品質(zhì)非常高，根本看不到缺陷。而其他廠商的試制品有很多僅從照片上就能發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。
大氣穩(wěn)定性是最后的課題
柔性有機(jī)EL顯示屏實(shí)用化面臨的最后一個(gè)課題是如何確保大氣穩(wěn)定性。如果是平面超薄、輕微彎曲的顯示屏，面板正反面都可以利用玻璃，導(dǎo)致顯示屏劣化的水蒸氣和氧氣基本都能隔離。但要想實(shí)現(xiàn)輕量、可靈活彎曲的產(chǎn)品，就很難利用玻璃，只能用樹脂封裝，這就帶來(lái)了問(wèn)題。
普通樹脂薄膜中，水蒸氣和氧氣隔離性較高的產(chǎn)品的水蒸氣透過(guò)性為平均每天10－4g/m2左右。而要想實(shí)現(xiàn)與玻璃相當(dāng)?shù)母綦x性，水蒸氣透過(guò)性必須在平均每天10－6g/m2以下。雖然也有幾款具備這樣高的隔離性的樹脂薄膜，但屬于特種材料，價(jià)格非常昂貴。
利用新EIL解決劣化問(wèn)題
NHK和日本觸媒在SID 2013上發(fā)布了解決這一問(wèn)題的其他方法（圖6），那就是把造成有機(jī)EL元件劣化的主要原因——電子注入層（EIL）的材料改為難以被氧化的材料。改變材料后，還出于制造工藝整合性的考慮改進(jìn)了元件構(gòu)造，采用相對(duì)于光提取方向使陽(yáng)極和陰極順序顛倒的“倒置有機(jī)EL”（iOLED）構(gòu)造。
在比較了這種顯示屏與單面用水蒸氣透過(guò)性為10－4g/m2的樹脂薄膜封裝的、采用普通構(gòu)造的有機(jī)EL屏的大氣穩(wěn)定性后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)100天后，采用普通構(gòu)造的屏幕嚴(yán)重劣化，而采用新構(gòu)造的屏幕沒(méi)有出現(xiàn)劣化。由此，無(wú)需使用隔離性非常高的昂貴的樹脂薄膜，只需改變?cè)䞍?nèi)部的材料就能夠確保大氣穩(wěn)定性。
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圖6：通過(guò)改進(jìn)元件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)較高的大氣穩(wěn)定性 NHK和日本觸媒開(kāi)發(fā)的大氣穩(wěn)定性較高的、采用新構(gòu)造的有機(jī)EL元件的概要（a～b）。東工大和旭硝子也發(fā)布了類似的技術(shù)及采用新技術(shù)的EIL材料（c）。 |
與InGaZnO匹配性良好
此次，NHK等沒(méi)有公布EIL材料的詳情。東京工業(yè)大學(xué)和旭硝子也在2013年春季的“第60屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)春季學(xué)會(huì)演講會(huì)”和本屆SID 2013上發(fā)布了構(gòu)造基本相同的柔性有機(jī)EL屏，利用的EIL材料為“C12A7電子化合物”（圖6（c））。這種物質(zhì)也就是東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授的研發(fā)小組在2002年開(kāi)發(fā)的“導(dǎo)電的透明膠結(jié)物”。C12A7電子化合物開(kāi)發(fā)之初還打算用于FED（場(chǎng)發(fā)光）型顯示屏的電子槍材料等。但由于FED本身的開(kāi)發(fā)日漸衰退，因此最終未能問(wèn)世。
旭硝子和NHK均表示，“iOLED構(gòu)造有機(jī)EL元件與n型TFT的整合性很高”。這是因?yàn)椋陔娮幽芗?jí)方面，InGaZnO TFT與有機(jī)EL元件的電極整合性高，電流容易流過(guò)。另外，NHK稱，iOLED在像素驅(qū)動(dòng)電路中的連接位置與原來(lái)不同，能增加流經(jīng)有機(jī)EL元件的電流的穩(wěn)定性，這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
InGaZnO TFT為n型TFT。如果C12A7電子化合物真的被用作EIL材料，那么細(xì)野教授將在TFT技術(shù)和EIL材料這兩方面為有機(jī)EL的實(shí)現(xiàn)做出巨大貢獻(xiàn)。
有望取代磷光材料的新材料備受關(guān)注
在SID 2013上，還有一位日本研究人員受到了極大關(guān)注。那就是九州大學(xué)教授、主管最尖端有機(jī)光電子研究中心（OPERA）的安達(dá)千波矢（圖7）。2012年，OPERA從名為熱活性型延遲熒光（TADF）的材料群中，發(fā)現(xiàn)了發(fā)光效率與磷光材料相當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>
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圖7：日本開(kāi)發(fā)的“第三代發(fā)光材料”備受關(guān)注 本圖為九州大學(xué)的OPERA開(kāi)發(fā)的有機(jī)EL元件的新型發(fā)光材料“TADF”的優(yōu)點(diǎn)及采用TADF制作的顯示屏試制品。 |
在SID 2013上就有機(jī)EL的新一代材料發(fā)表演講的麻省理工學(xué)院（MIT）電氣工程系教授Marc Baldo稱，“安達(dá)教授開(kāi)發(fā)的TADF有望成為取代磷光材料的新的發(fā)光材料群”。
安達(dá)教授也在SID 2013上就TADF發(fā)表了演講。包括Baldo的演講在內(nèi)，與會(huì)者提出的主要問(wèn)題是，“TADF能否用藍(lán)色材料實(shí)現(xiàn)發(fā)光壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品”，安達(dá)教授對(duì)此回答說(shuō)“Promising” （非常有希望）。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）
