《有机薄膜晶体管(OTFT):柔性显示及其它应用-2016版》
2017-01-22 13:32:12   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

产业对OTFT的关注始于20世纪中期,当时OTFT的迁移率接近了主流显示背板技术——非晶硅。这促发了领先显示屏制造商对OTFT的开发热潮,原型产品快速涌现。除了快速提高的电学性能,OTFT内在的柔性特质使该技术成为实现柔性显示面板的理想选择。

Organic Thin Film Transistor 2016: Flexible Displays and Other Applications

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有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor, OTFT)是否已经能够撼动目前的显示屏产业并实现全柔性器件?

OTFT正通过“ 走后门”进入晶圆厂

制造一款柔性显示面板,薄膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)阵列是最具挑战且最脆弱的功能层之一。

产业对OTFT的关注始于20世纪中期,当时OTFT的迁移率接近了主流显示背板技术——非晶硅(amorphous silicon, a-Si)。这促发了领先显示屏制造商对OTFT的开发热潮,原型产品快速涌现。除了快速提高的电学性能,OTFT内在的柔性特质使该技术成为实现柔性显示面板的理想选择。2007年,Sony展示了历史上第一款采用有机薄膜晶体管的柔性AMOLED面板。

然而,随着OTFT性能及一致性问题始终无法解决,市场对OTFT技术的关注度开始减退,如LTPS及金属氧化物等其它TFT技术开始兴起。

OTFT潜在应用

OTFT潜在应用

尽管如此,有机半导体厂商仍在不断完善其分子和油墨配方,对材料间的相互作用、晶体管结构以及制造工艺的研究不断深入。因此,OTFT在实验室中的性能又提高了一个数量级。随着柔性显示需求的爆炸性增长,以及OTFT的成本效益预期,及其基于解决方案的制造工艺,使市场又燃起对OTFT技术的期待。

大部分面板制造商仍然很谨慎,但是,台湾和中国大陆的一些面板制造商正尝试利用OTFT技术使老旧的2.5~4.5代Fab焕发新生。这些试图将OTFT技术规模量产的尝试,对于该技术的未来非常重要。如果这些初始的产业化尝试失败了,那对于OTFT产业来说将是致命的,或至少,将使该技术的应用延后数年。不过,如果OTFT技术被证明是可以实现规模量产的,并且能用高利润的柔性显示屏使那些老旧的Fab重获新生,那阻碍OTFT技术在第8代及以上Fab规模量产的障碍将不复存在,并且很有可能挑战主流的传统非晶硅面板,如LCD电视、监视器等。长远来看,由于OTFT技术的溶液工艺特性,使其也成为增材制造和全印刷显示的理想背板。

本报告详细综述了柔性显示技术,包括对技术挑战(前面板、背板、基底等)、制造现状、主要厂商及技术的详细分析。本报告还全面回顾了现有TFT背板技术。

TFT性能及柔性

TFT性能及柔性

有机半导体供应商已向完整解决方案供应商转型

显示面板产业往往需要很高的资本投入,而产生的利润相对较低。因此,厂商在向新TFT技术过渡时往往比较保守。他们需要这样的技术:
- 与现有工艺和设备高度兼容;
- 通过高附加值产品(OLED、柔性显示)和/或降低制造成本,来获得比现有技术更高的利润。

有机半导体供应商认识到成功意味着提供完整的解决方案,包括完整的材料堆栈,以及与原有非晶硅设备尽可能兼容的工艺。这意味着可光刻图形化、可交联材料能够与Fab现有宽带光刻设备工艺兼容,能够承受传统图形化和刻蚀技术。

短期内,这些要求对仅有一小支有机材料专家团队的初创厂商来说压力很大。这些厂商需要额外的投资,并与Fab建立合作关系以获得设备,从而开发出一套完整的工艺。不过,长期来看,这将使存活下来的厂商,相对那些仅提供渠道材料的企业获得更多的附加值。

本报告提供了对OTFT技术的详细分析,包括优势、挑战、性能状况以及发展路线图。此外,本报告还提供了对OTFT制造(技术、结构等)、成本及竞争格局(供应链、有机半导体供应商等)的详细分析。本报告还提供了主要厂商的详细介绍。

OTFT性能优化的系统方法

OTFT性能优化的系统方法

OTFT正寻求其首个杀手级应用

实验室中OTFT技术的迁移率已经超过10 cm2/vs,最高记录达到了40 cm2/vs,理论上已经足够驱动所有类型的显示屏,并能够与所有的TFT技术竞争。尽管这些实验结果对于有机半导体厂商来说是一个好兆头,但获得这些结果的实验环境与实际Fab或商业设备相距甚远。目前实际Fab环境下的性能范围为1 ~ 2 cm2/vs,预计未来18个月左右可以达到3 ~ 5 cm2/vs,5 ~ 10年左右或许能达到10 cm2/vs。

就目前的性能水平,OTFT已经超越了主流的非晶硅平台,能够实现具有很高成本效益的柔性(弯曲度低至30 mm)电泳和LCD显示屏。虽非完全意义上的可折叠,但是对于所有应用来说,已经足够柔性以获得弯曲表面,例如汽车中的嵌入式显示屏、消费类装置以及数字标识系统等。凭借其塑性架构,这些显示屏的重量更轻、厚度更薄且更坚固。上述应用或可成为OTFT的敲门砖,使面板制造商能够在它们的2.5~4.5代Fab进行验证和优化,同时材料供应商也可对其配方进行微调优化,使其性能足够驱动中等像素密度OLED面板,为规模量产更大尺寸的基底而做好准备。或许能够通过低成本地为可穿戴和移动应用制造低功耗的全柔性显示屏,而打开一系列全新的应用。那时,仍要看OTFT的性能提升是否能够服务于高端OLED市场,亦或OTFT是否真的能带来人们所期待的成本效益。如果答案是肯定的,那OTFT技术或将在大尺寸LCD面板制造中取代非晶硅,实现更高分辨率、更高亮度,这些因素对于新兴的超高清电视市场非常重要。

OTFT性能 VS. 应用发展路线图

OTFT性能 VS. 应用发展路线图

本报告按13个领域细分,重点关注了2016~2022年期间,OTFT显示屏的应用及相关市场规模。此外,本报告提供了有机半导体和栅极绝缘体(OGI等)的市场规模和营收分析。本报告的预测基于不同的情况,并已经考虑到未来潜在的技术突破(例如印刷工艺、垂直晶体管等)。

报告目录:

Glossary and display fundamentals

Executive summary

Overview of TFT backplane technologies and market
> Active and passive matrix
> TFT and OLED pixel structures
> TFT current
> OLED vs. LCD TFT
> Specific challenges for AMOLED backplanes
> TFT channel materials
> Mobility vs. display specifications
> TFT technologies vs. applications
> TFT backplane technologies - pros and cons
> TFT supply and demand
> Amorphous silicon, metal oxide, LTPS and organic TFT trends

Flexible displays - Overview and technical challenges
> Potential benefits
> Display structure
> Challenges for flexible displays
> Technology bricks for flexible displays
> Flexible display - roadmap
> Commercial status
> What’s coming next?

Flexible displays - Manufacturing status

Frontplanes for flexible displays
> Frontplane candidates for flexible displays
> E-papers - electrophoretic and cholesteric LCD
> Flexible LCD and OLED
> Focus on Japan Display Corporation, JOLED, Sony, Sharp

Substrates for flexible displays
> Requirements
> Major flexible substrate types
> Substrate materials
> De-bonding
> Material trends

Backplanes for flexible displays
> Technology strategies for flexible backplanes
> Amorphous silicon
> Low-temperature polysilicon (LTPS)
> Metal oxides
> Focus on CBRITE
> Solution-processed oxide
> Other TFT - amorphous metal non-linear resistor (AMNR)
> Printed dopant polysilicon (PDPS)
> Graphene and carbon nanotubes

Focus on organic TFTs
> Potential benefits
> Organic TFT and true flexibility
> Small molecules vs. polymers
> Performance - hype vs. reality
> TFT performance vs. application mapping
> OTFT applications roadmap
> OTFT for LCD displays and e-paper

Organic TFT manufacturing
> Major OTFT technology bricks
> OTFT structure
> Crystallization control
> Interface engineering & material choices
> Patterning and compatibility with TFT fabs

Organic TFT cost of ownership
> Key benefits
> Bill of material
> Cost of ownership

Organic TFT volume and revenue forecast
> Display panel market
> Applications segment SWOT

Organic TFT forecast - Base scenario
> EPD (and other reflective/passive technologies)
> Wearables
> Mobile phones
> Embedded displays
> Tablet, laptops, and convertibles
> Digital signage
> Monitors and TV
> OTFT adoption trends
> OTFT application roadmap
> Volume and price hypothesis
> OSC and OGI - 2016 - 2022 volume and revenue forecast
> Discussion - aggressive scenarios

Technology breakthrough scenario #1 - Printing process
> Key hypothesis
> Results

Technology breakthrough scenario #2 - Vertical transistors
> Vertical OFET
> Vertical organic light-emitting transistor (VOLET)

Scenario comparison and conclusions

Non-display applications
> Smart tags
> Thin film electronics
> Sensors and imager arrays - ISORG

Organic TFT supply chain

Selected company profiles
> SmartKem
> Merck - EMD
> BASF
> Polyera
> Neudrive

Appendix - OLED display structure and key technologies

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