干货!一文读懂OLED产业链6大核心材料

发布单位:博仑特科技集团 发布人:管理员 发布时间:2021/11/9 10:20:48 关注度:82

2017年中国平板显示已经成为世界第一,占了全球市场超过22%,产业规模超过3000亿元。


近几年,OLED更是成为产业关注的焦点,特别是iPhone x智能手机采用OLED屏将更进一步推动OLED技术产业化应用。本文将对OLED中的材料进行一个简述。


OLED产业链:


▲OLED产业链


▲OLED核心工艺流程


▲OLED传输层、发光层供应链


OLED核心材料主要包括阳极、阴极、传输层材料和发光层材料,以及膜材料、 封装材料。


阳极材料


OLED 的阳极材料主要作器件的阳极之用,要求其功函数尽可能的高,以便提高空穴的注入效率,同时 OLED 器件要求电极必须有一侧是透明的,因此一般采用的有Au、透明导电聚合物(如聚苯胺)和 ITO 导电玻璃,常用 ITO 玻璃。


阴极材料


OLED 的阴极材料主要作器件的阴极之用,阴极材料的金属功函数越低,电子注入就越容易,发光效率就越高,工作中产生的焦耳热就会越少,器件寿命会有较大的提高


OLED 的阴极通常采用以下几种:


单层金属阴极。如 Ag、Al、Li、Mg、Ca、In 等,但它们在空气中易被氧化, 致使器件不稳定、使用寿命缩短。 


合金阴极。如 Mg:Ag(10:1),Li:Al (0.6%Li) 合金电极,将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成金属阴极,提高器件量子效率和稳定性。


层状阴极。在发光层与金属电极之间加入一层阻挡层,如 LiF、CsF、RbF 等,它们与 Al 形成双电极,可得到更高的发光效率和更好的 I-V 特性曲线。


掺杂复合型电极。将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间,可大大改善器件性能,如 ITO/NPD/AlQ/AlQ(Li)/Al。 


传输层材料


OLED 器件要求空穴和电子的注入发光层的速率应该基本相同,因此有必要选择合适的空穴与电子传输材料。


在器件的工作过程中, 由于发热可能会引起传输材料结晶,导致 OLED 器件性能衰减,所以应选择玻璃化温度较高的材料作为传输材料。试验中通常选用 NPB 作为空穴传输层,而选用 Alq3 作为电子传输材料。 



发光层材料


发光材料是 OLED 器件中最重要的材料,一般发光材料应该具备较高的发光效率和良好的电子或空穴传输性能。按化合物的分子结构,有机发光材料一般分为两大类: 


高分子聚合物。通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物,可用旋涂方法成膜,制作简单,成本低,但其纯度不易提高,在耐久性,亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。 


小分子有机化合物。能用真空蒸镀方法成膜,按分子结构又分为有机小 分子发光材料和配合物发光材料。


有机小分子发光材料主要为有机染料, 具有化学修饰性强,选择范围广,易于提纯,量子效率高,可产生红、绿、蓝、黄等各种颜色发射峰等优点,但多数在固态时存在浓度淬灭等 问题。


配合物发光材料介于有机与无机物之间,既有有机物的高荧光量子效率,又有无机物的高稳定性,被视为很有应用前景的一类发光材料。


▲OLED各层材料


膜材料


偏光片是 LCD 和 AMOLED 面板中的关键材料,传统的偏光片主要由 TAC、PVA 等各种补偿膜组合而成。


由于 AMOLED 偏光片结构发生变化,TAC 膜使用数量减少,机械性、耐温性和耐候性更好的 COP 膜被应用。


封装材料


薄膜封装是目前封装的主流技术。薄膜封装材料主要分为无 机封装材料、有机封装材料和无机有机复合封装材料,其中无机有机复 合封装材料兼具了无机封装材料水氧阻隔性好和有机封装材料成膜性好 的优势,是 OLED 封装材料的主流选择。


OLED材料市场空间:


大部分 OLED 材料与 LCD 无法通用,所以 OLED 上游材料领域的市场机遇更大。


OLED 材料领域技术壁垒高、市场竞争小、毛利率高,在 OLED 产品总成本中占比达到 30%左右, 未来空间广阔。


OLED 上游材料无法与 LCD 通用的部分,可分为有机材料和辅助材料,辅助材料主要有 OLED 用膜材料和 OLED 封装材料,OLED 面板出货量的增长将有力带动有机材料和膜材料、封装材料的需求增长。


(1)有机材料: 在 OLED 产品总成本占比中,有机材料占 8%左右。


▲全球 OLED 有机材料市场规模


(2) 膜材料与封装材料:LCD 具有两层偏光片,通常采用 TAC 膜;而 OLED 只有一层偏光片,因偏光片结构发生变化,TAC 膜在 OLED 中使用数量减少,新的膜材 COP 膜被应用,COP 膜在 OLED 产品的成本占比为 5%-7%左右。 


OLED 工作时,为防止水汽进入与阴极和传输层发生化学反应,需要采用封装材料,通常采用的是对水氧具有高阻隔性的水汽阻隔膜。


▲全球水汽阻隔膜市场需求面积快速增长


OLED上游材料有机材料制造过程:

在 OLED 上游材料的制作过程中,首先利用化工原料合成 OLED 中间体,再由中间体进一步合成为单体粗品,单体粗品由 OLED 终端材料厂商进行升华处理成为 OLED 单体,并进一步用于 OLED 面板的生产。


▲OLED 上游材料制造过程


OLED 终端材料生产和有机材料技术掌握在国外公司手中。目前 OLED 终端厂商主要是韩国、日本、德国和美国厂商,包括韩国三星 SDI、LG 化学、德山金 属、斗山、日本出光兴产、堡土谷化学、美国 UDC、德国默克等公司。


限制新进企业的主要门槛是升华材料的专利,当前主流的有机材料技术大多被国外公司所有,且国外公司给这些技术进行了专利保护。


▲OLED 关键原材料的主要供应商


国内企业主要从事 OLED 中间体和单体粗品生产。国内 OLED 中间体、单体粗 品的供应商主要包括万润股份、西安瑞联、濮阳惠成、北京阿格蕾雅、吉林奥来德,其中万润股份、濮阳惠成、西安瑞联等都已实现规模量产并进入全球 OLED 材料供应链。


OLED 中间体和单体粗品的主要行业壁垒是下游厂商的认可,这些已进入 OLED 供应链的企业将受益于 OLED 需求的快速增长。


▲国内 OLED 中间体及单体粗品主要厂商


OLED 膜材料与封装材料国内企业跟进


▲与 OLED 显示膜相关的上市公司


偏光膜材料国内自给率低。传统偏光片上具有补偿膜材料三醋酸纤维素 (TAC),其市场主要为日本企业所掌控。


据统计,日本富士占据 TAC 薄膜 55%的市场份额,Konica Minolta 占据约 20%的市场份额,国内只有台湾的达辉 光电和内陆的东氟塑料分别占有 5.4%和 6.7%的份额。


对于 OLED,由于偏光片结构发生变化,TAC 膜在 OLED 中使用数量减少,机械性、耐温性和耐候性更 好的 COP 膜被应用。


薄膜封装技术三星、LG 领先,3M 封装膜居领导地位。OLED 封装技术主要包括金属封装和薄膜封装,薄膜封装在阻隔性和轻薄性方面都更具优势。


薄膜封装材料主要有三类:无机封装材料、有机封装材料和无机有机复合封装材 料。


无机有机复合封装材料兼具了无机封装材料水汽、氧气阻隔性好的优势和有机封装材料成膜性好的优势,是 OLED 封装材料的主流方向。


目前,三星和 LG 基于 OLED 面板龙头地位,在产业化方面走在最前面,薄膜封装技术更为领先。 


由于 OLED 有机材料对水和氧气敏感,遇水或遇氧容易发生反应而失效,所以 OLED 封装材料需要具有良好的阻隔性能,尤其是基板和封装盖板的阻隔性能要更好。


目前基板和盖板对水、氧的阻隔可以通过在柔性基板表面沉积多层堆叠结构的无机薄膜来实现,也可以通过粘贴阻隔膜来实现。


阻隔膜一般都是以塑料为基材, 在其上通过磁控溅射法、电子束蒸镀法或等离子体增强化学气相沉积法将无机氧化物沉积在衬底上形成水汽阻 隔膜。与 LCD 显示相比,柔性的阻隔膜或阻隔材料是纯增量,受益最大。

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