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有机电子产业发展现状与前景展望

行业聚焦点中国仪表网2011年09月01日 10:12人气:716

  进入21世纪,一种被称作“有机电子(organicelectronics)”的新型电子材料因3位科学家的获奖,受到世界各主要国家的重视。2000年,诺贝尔化学奖授予美国人阿兰·西爵(AlanJ.Heeger)、阿兰·麦克达尔密(AlanG.MacDiarmid)和日本人白川英树(HidekiShirakawa)。短短几年,基于有机电子的新产品、新应用大量涌现。目前,有机电子技术还处于发展前期,一些关键的技术还有待突破,但其无可比拟的优势和广泛的应用前景,将给信息产业乃至整个经济、社会带来又一次深刻的影响,发展潜力巨大。
  
  有机电子产业发展现状
  
  (一)有机电子产业技术受到高度重视
  
  1.各国/地区高度重视有机电子的发展,纷纷布局各自的发展战略,加大投入力度。
  
  欧洲国家普遍以研究机构和业界共同合作的模式,加速研究进程。PolyApply与Shift计划是其中的两个重点项目,研究经费超过3500万欧元,开发可以应用到多领域的聚合体以及软性电路封装与连结技术等。
  
  美国的科研机构和企业从20世纪90年代起就开始进行有关研究。贝尔实验室、IBM、SiPix、UniversalDisplay等在有机晶体管、发光二极管、显示设备、电子纸等方面取得较为显着的成果。
  
  日本在薄膜显示器方面投入力量较大。日本先后成立了有机半导体发光器件研发基地、有机电子研究所等,同时日本经济产业省自2002年起,5年内投入约40亿日元用于有机显示器项目的开发。
  
  韩国将大力发展有机电子产业作为重要国策,是典型的国家主导行为。在有机发光显示技术上,韩国力争在这一领域占据全球领先地位。自2001年起的10年间,韩国政府每年投资30亿韩元用于该领域的研发,仅2009年一年的研发经费就超过2亿美元,远远超过英国、美国和日本。韩国知识经济部和教育科技部组织多个科研单位、高校和电子制造厂商,合力进行OLED、有机晶体管和印刷电子设备的研发工作,取得了多项专利和成果。
  
  我国台湾地区从2003年开始着力于有机电子的研发,2005年成立“软性电子产业推动联盟”,并将其定为未来3大重点发展的新科技之一,主要方向为印刷式RFID、柔性显示器和有机太阳能电池等。
  
  英国在有机电子领域开展多项前沿研究。英国成立柔性电子领导小组,组织、支持和指导有关部门、企业和研究机构开展相关研究。2009年,英国政府出台了《塑料电子:英国走向成功战略》,同时投入2800万英镑支持该领域研究。该战略是英国重点发展先进制造的各项举措之一,而发展先进制造业又是英国此前出台的《新产业新职业》经济复苏战略计划中的4大优先发展领域之一。
  
  2.我国对有机电子的支持力度不断加大,技术与国际领先水平较为接近。
  
  在全球有机电子技术发展大潮下,我国已经认识到有机电子的战略性意义,不断提高重视程度并加大支持力度。
  
  在科研方面,中科院化学所、清华大学化学系有机光电子与分子实验室、香港分子功能材料研究所、苏州大学功能纳米与软物质(材料)实验室、江苏省有机电子与信息显示重点实验室、北京邮电大学等高校和科研机构,在材料、器件、设备、应用等方面进行深入研究。国家投入专项资金支持相关研究,2006年中科院承担的“有机TFT器件研究”项目通过验收,在显示器件加工工艺、有机薄膜制备、材料合成关键环节上都取得了突破。全光刻工艺制备OTFT(有机薄膜晶体管)技术综合性能指标超过目前国际上已公布的同类光刻工艺制备OTFT。
  
  在产业化方面,江苏、广东等省在现有产业基础上取得了一定成绩,如龙腾光电、维信诺、方升光电、彩虹等企业,在OLED领域具备了研发和生产能力。
  
  (二)有机电子应用初现端倪
  
  1.有机显示领域率先崛起
  
  OLED(有机发光二极管)因无需逆光系统使得耗电量更小,比LCD(液晶)的亮度更高;由于采用有机材料,制造工艺更简单;视野范围更广,可制成尺寸更大。这些突出的优点决定了OLED将成为下一代显示技术的主流。
  
  目前,OLED已经在一些小型设备中得到较为广泛的应用,例如移动电话、掌上型电脑以及数码相机等。随着技术研发的进展,OLED的应用范围将逐步扩大到平板显示器、汽车仪表板以及柔性显示器等领域。
  
  三星是全球OLED显示领域的领导者。目前三星已经建成多条低世代OLED生产线,并率先应用于一些消费电子产品,为其带来丰富的回报。三星计划于近期新建一条8代OLED生产线,届时将可量产40英寸以上的大屏幕电视机。
  
  此外,电子墨水技术目前也已经广泛地应用于电子阅读器,如电子书等领域。
  
  2.有机照明领域蓄势待发
  
  有机电发光照明效率高。目前,白炽灯的发光效率仅为6流明/瓦,日光灯为24流明/瓦,节能灯为48流明/瓦,LED为74流明/瓦。在有机照明领域,欧司朗公司已经开发出了照明效率达87流明/瓦的OEL(OrganicElectroLuminescence,有机电发光)技术产品,德国德勒斯登科技大学研制的照明技术已达到90流明/瓦。此外,美国、欧盟也加紧这一领域的研究,并分别开发了1万小时寿命、每瓦50流明以上能效的OEL照明产品。
  
  3.基于印刷的有机RFID发展路线日益明确
  
  有机薄膜晶体管的出现,使得采用卷对卷(R2R)印刷技术,批量生产有机RFID标签成为可能。它与无机标签相比,在生产成本、产品弹性、功耗等方面具有明显的优势。印刷有机电子将可能成为RFID产品最适宜的技术发展路线。
  
  4.有机太阳能电池快速进步
  
  能够在多种材质表面“印制”的有机物太阳能电池(OPV,OrganicPhotovoltaic)因具有成本低廉、制造容易、重量轻和易弯曲的特点而成为目前研究的热点。OPV领域的研究与应用正在不断突破,德国西门子公司的研究人员将导电塑料与碳60分子,结合制成了新型太阳能电池。美国贝尔实验室的科学家则利用并五苯来取代了太阳能电池中的硅,取得成功。2010年,Solarmer能源公司宣布其电池效率再创新高,高达8.13%的转换率已通过国家可再生能源实验室(NREL)认证。OPV有望成为具有成本效益及竞争力优势的技术。
  
  有机电子产业前景展望
  
  (一)有机电子技术优势明显
  
  1.性能优越
  
  由于有机电子材料容易加工成薄膜并且具有良好的延展特性,有机电子材料的出现,必将导致柔性电子产品的出现,更能满足现代电子产品轻薄、便携及易于设计等方面的需求。与传统的硅基半导体材料相比,有机电子材料的产品特征优势可概括为:大面积制造、柔韧性好、透明性好、超薄、重量轻等。
  
  2.成本低
  
  有机电子制造工艺相对简单和生产成本更低。有机材料可利用溶液进行大面积旋涂、打印,同时,有机材料可以在较低温度的条件下制作,可选择耐热性较差的塑料基板,能够降低制作的成本。
  
  3.投资规模较小
  
  由于采用有机材料,制作过程相对简化,单位成本和设备投资较低,极大地降低了进入的门槛和投资风险。例如,OLED的投资规模大约是数千万美元的量级,仅为TFT-LCD生产线的10%左右。又如芯片巨擘英特尔(Intel)需要花费数10亿美元来建构其领先的晶圆厂,相比之下,仅需要1亿美元~2亿美元的投资额,就有可能兴建一座具备全面生产能力的有机电子产品工厂。
  
  4.节能、环保
  
  有机电子产品的节能优势显着。以照明和显示比较为例,白炽灯在工作的时候,实际上只有5%的能源用于照明,OLED光源较传统白炽灯可节省耗电70%以上。29英寸CRT电视机的功耗在200瓦左右,40英寸TFT-LCD液晶电视的功耗在200瓦左右,50英寸PDP的功耗在500瓦以上。而一台40英寸的大尺寸AM-OLED电视,功耗将在100瓦以下。因此,OLED被认为是最有发展前景的显示技术之一。
  
  在环保方面,有机电子的制造工艺比传统的半导体生长和光刻制造工艺优越得多,大大节省水和电的使用。同时也避免了大量强酸强碱化学物质的排放。
  
  (二)产业发展空间巨大
  
  未来10年,将是有机电子产业高速发展的时期,有机半导体、有机电子产品的应用领域将越来越广泛,市场规模将越来越大。以下是综合iSuppli、NanoMarkets、IDTechEx、台湾工研院等机构的预测,得出的有机电子各主要领域未来市场规模。
  
  OEL照明市场规模。2015年达到150亿美元,2020年达到500亿美元。
  
  OLED显示市场规模。2015年达600亿美元以上,2020年达到1500亿美元。
  
  有机RFID市场规模。2015年达到150亿美元,2020年达到300亿美元。
  
  有机太阳能电池市场规模。2015年将达到100亿美元,2020年达到300亿美元。
  
  印刷等装备市场规模。2015年预计将达40亿美元;2020年达到120亿美元。
  
  其他应用产品市场。到2015年,基于有机半导体材料的其他电子产品如智能传感器、玩具、电池、服装、医疗电子等的市场规模预计将达到50亿美元以上的规模。
  
  (三)有机电子将可能发展成为信息产业的主导
  
  1.传统半导体材料和技术面临挑战
  
  目前传统的以硅、锗等半导体材料为基础的电子器件将受到严峻的挑战,这些挑战既有原理性的物理限制,又有技术性的工艺限制。一是产品形状固定、易碎、非柔性,难以契合未来的需求趋势。二是硅晶体的生产成本十分昂贵,竞争优势不易持续。三是传统的单晶硅半导体生产流程和工艺过于复杂。四是硅半导体开始面临线宽的物理极限。
  
  2.有机电子对硅基电子的替代进程加快
  
  据有关调查显示,目前全球投入有机电子领域的研发十分活跃,有机电子技术得以快速进步。预计,未来几年将是有机电子技术和产业化实现突破的加速期。业界人士认为,有机电子将会比硅基电子走得更远,其对硅基电子的替代趋势明显。
  
  加快发展有机电子产业
  
  1.加快成立有机电子产业联盟。组建由行业协会、科研院所和企业等相关机构共同参与的有机电子产业联盟,共同推进有机电子技术、标准、专利和产业化发展。
  
  2.加快制定有机电子产业发展规划。把有机电子产业确定为我国重点培育发展的产业,按照发展战略性新兴产业的要求,制定专项规划。
  
  3.建立国家扶持机制。着力支持重大关键技术研发、重大产业创新发展等。鼓励和引导金融资本支持有机电子企业的产业化。
  
  4.加强国际合作。国际上一些研究机构和企业在有机电子研发的道路上已经走了10多年,有的研发成果已经接近产业化,还培育出一批有机电子的专业人才。我国要加强与国际相关机构和企业的合作,加快技术进步和产业化进程。
  
  5.加快引进和培养有机电子专业人才。加快培养专业型人才,研究制定并实施人才激励政策和制度,形成有利于各类人才引进和发展的环境。
(本文来源:中国电子报 转载请注明出处
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