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OLED显示关键材料产业现状及发展趋势分析

王晓晨 ,  杨学萍 ,  刘革 ,  孙艺轩 ,  李凌云 ,  杨为民

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (12) : 13 -18.

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现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (12) : 13-18. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.12.003
专论与评述

OLED显示关键材料产业现状及发展趋势分析

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Current situation and development trend of OLED display key materials industry

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摘要

近年来,我国OLED显示产业快速发展,带动显示产业上游材料需求结构发生极大变化,相关电子化学品市场蓬勃发展。综述了OLED电子化学品的产业发展现状及趋势,指出当前制约我国OLED显示用电子化学品国产化进程的关键瓶颈主要在于国外企业封锁专利、缺乏专有设备及原材料、配方技术开发难度大等方面。为适应OLED面板市场薄型化、柔性化、大尺寸化与低成本化等发展趋势,国内应重点发展OLED发光材料、光学PET膜、柔性显示用PI材料、封装材料、光刻胶等材料,以实现我国OLED产业高质量健康发展。

Abstract

In recent years,China’s OLED display industry has experienced rapid growth,resulting in substantial shifts in the demand layout for upstream materials within the display sector.The market for associated electronic chemicals has consequently thrived.This account examines the current situation and development trends of OLED electronic chemicals industry.It identifies that the primary bottlenecks hindering China’s OLED display electronic chemicals production include patent restrictions from foreign enterprises,insufficient proprietary equipment and raw materials,as well as the high complexity involved in formula technology development.To align with the evolving trends of OLED panel markets towards thinness,flexibility,larger sizes,and reduced cost,it is recommended that China prioritizes the development of OLED luminescent materials,optical PET film,PI materials for flexible display,encapsulation materials,photoresist,and other critical materials to ensure the high-quality and sustainable advancement of China’s OLED industry.

关键词

新型显示 / 光学膜 / 封装材料 / 发光材料 / 光刻胶

Key words

new type of display / optical film / encapsulation material / luminescent material / photoresist

Author summay

王晓晨(1990-),女,硕士,副研究员,研究方向为化工新材料科技规划及战略研究

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王晓晨,杨学萍,刘革,孙艺轩,李凌云,杨为民. OLED显示关键材料产业现状及发展趋势分析[J]. , 2025, 45(12): 13-18 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.12.003

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OLED(Organic Light Emitting Display,有机发光二极管)是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的显示技术,具有高亮度、高对比度、高色彩饱和度等优点,是显示和照明领域继CRT显像管、LCD液晶显示之后,基于电致发光的第三代显示技术。近年来,国家发布《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》《化工新材料产业“十四五”发展指南》《“十四五”推动石化化工行业高质量发展指导意见》等系列指导意见和行动方案,提出要推动电子信息产业高质量发展,重点聚焦新型显示领域,突破高端电子化学品等关键原料,加快电子化学品更替和质量升级。在国家大力号召下,国内OLED显示产业发展明显加速,与韩国差距进一步缩小,正处于从“跟跑”“并跑”再到“领跑”的历史性转折,未来OLED面板市场将向薄型化、柔性化、大尺寸化与低成本化等方向发展已成为确定趋势。
OLED产业快速发展带动新型显示上游材料需求量快速攀升,为有机发光材料、柔性PI基板材料、封装用水汽阻隔膜等专用材料OLED上游关键材料国产化面临广阔的发展空间。但我国在OLED显示领域长期集中在面板模组及下游产品制造,上游入局较晚,核心材料和关键设备大部分掌握在日本、韩国、美国、欧洲等发达国家少数企业手中,默克、DIC、陶氏、3M等企业凭借多年研发经验,形成了严密的专利网络,具备强大的产品研发和质量控制能力,通过垄断发光材料、光学膜、偏光片TAC膜等上游关键材料掌握行业主动权[1-2]。近年来,“贸易战争”等不可抗因素导致电子信息产业成为贸易摩擦重点区域之一,关键材料面临“断供”风险[3]。为提高产业链安全性、国内企业加大显示关键材料领域研发布局,涌现了莱特光电、奥来德、瑞联新材等企业,但参与企业数量有限,部分关键技术尚未掌握,大多本地化配套能力弱,产业链建设仍有待完善[4]。为此,研判OLED产业及技术发展趋势,对于助力国家OLED产业快速发展、实现中国石油化工产业从基本有机原料向精细化学品再到化工新材料转型发展,同时为新型显示产业提供原材料保障意义重大。

1 OLED用电子化学品产业现状

OLED产业的快速发展,特别是柔性AMOLED产线建设速度加快,带动新型显示上游材料需求结构发生极大变化,为柔性PI材料、有机发光材料、封装用水汽阻隔膜等专用材料提供了极为广阔的发展空间,对偏光片、光学膜等材料提出全新的性能指标要求,而LCD产业所需的液晶材料、PI取向膜、彩色滤光片等产业则受到一定程度的挤压。OLED用电子化学品种类多、用量小、纯度要求高,属于资金密集型产业,开发难度大,市场进入门槛高。主要OLED电子化学品生产现状、国产化瓶颈及技术攻关方向见表1。近年来国内在通用型湿电子化学品、偏光片领域已具备较强研发和产业化实力,但有机发光材料、PI材料、封装材料、光刻胶、功能型湿电子化学品等领域依然存在较强的进口依赖,国产化瓶颈主要在于缺乏关键装备、原材料依赖进口、国外企业封锁专利、配方开发难度高[5-11]。

1.1 发光材料

发光材料是OLED面板的核心组成部分,是OLED产业链中技术壁垒最高的领域,核心技术和专利主要被美、日、韩、德等海外企业垄断,市场高度集中,毛利率高达60%~80%。供应商主要有日本出光兴产、德国默克、韩国LG、美国陶氏、日本住友化学、韩国德山等,其中日本出光兴产占据绝对龙头地位。OLED发光材料细分种类多,不同企业专注领域有所差别。出光兴产蓝色荧光材料性能最为优越[12-13]。磷光材料方面,美国UDC是全球最大的磷光材料供应商,早在1997年就布局了相关专利,其磷光材料供应韩国三星、LG等,并与国内所有即将量产或已经量产的OLED面板企业都签署了OLED技术许可协议和材料采购协议。蓝色磷光材料因寿命问题一直是磷光材料中的研发难点,2024年8月韩国LG通过将OLED发光器件堆叠成两层串联结构,通过混合蓝色荧光和磷光材料,结合了磷光材料的高效率和荧光材料的长寿命,成功开发蓝色磷光OLED面板,率先解决这一关键问题。超敏荧光材料(TADF)技术刚刚起步,理论发光效率可达100%,但发光纯度不够,色域值偏低,出光兴产通过在OLED器件中掺杂光谱更窄的荧光材料使其发光纯度得到提升,此外日本Kyulux、德国Cynora公司技术领先。在高分子材料领域,住友化学、日产化学参与研发。住友化学是目前唯一实现高分子材料工业化生产的企业。在通用层材料中,电子传输层主要为杂环芳基化合物,电子注入层主要为金属离子化合物,空穴注入层与空穴传输层主要为芳胺材料,主要生产商包括日本出光兴产、新日铁住金、德山、保土谷化学、陶氏化学等。
近年来,国内厂商加速布局,加快打破OLED发光材料市场受国外垄断的局面,助推OLED产业全面实现国产化,部分企业已实现产品规模量产并进入全球OLED材料供应链,其中万润股份主要向韩国德山、LG化学、陶氏化学供货,阿格蕾雅主要供应德国默克,瑞联新材主要供应JNC、默克、德山等。鼎材科技是国内首家实现自主知识产权的OLED发光材料量产应用的企业,具有自主专利且满足商业化应用的产品20余种,产品类型涵盖发光层材料、电子传输材料、空穴传输材料。在第三代OLED材料TADF(热活化延迟荧光)基础上,鼎材科技持续深耕蓝光材料,与清华大学合作开发了TASF材料(热活化敏化荧光),解决了TADF材料固有的光谱宽、效率滚降严重等问题,国际上最先在 460 nm深蓝光材料和器件技术上获得突破,外量子效率EQE达到25%,技术达到业内领先水平。

1.2 光学PET膜

光学PET膜通常是先以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为原料,经双向拉伸制成薄膜(简称 BOPET薄膜),然后在BOPET基膜表面涂覆各种功能性涂层,以满足光学应用领域高透光、低雾度、高亮度等要求。光学PET薄膜按应用领域可分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。光学PET薄膜具有低雾度和高透光率、表面光洁度高、厚度公差小等出色的光学性能,主要用于OLED显示主要领域的ITO镀膜、反射膜、增亮膜等领域。当前全球光学基膜市场主要被美国3M、日本三菱、东丽和韩国SKC等公司垄断,以上企业占据国内光学基膜市场70%以上的市场份额。国内光学膜在市场中需求量巨大,但目前国内产能小,国内已有技术的产品,包括显示器背光模组用扩散膜、增亮膜、反射膜用聚酯;显示器显示模组用中低端偏光片保护、离型膜用聚酯、中低端透明导电膜用聚酯。高端产品异物管控(原料、生产、加工各环节)、特殊产品分子结构设计、纳米添加剂高度均匀分散控制等不足,导致我国光学膜行业长期处于普通膜饱和、高端膜不足的结构矛盾中[14]。目前国内主要光学基膜生产企业及生产情况见表2。

1.3 PI材料

聚酰亚胺(PI)是指分子结构主链上含有五元酰亚胺环的高分子聚合物,按结构不同可分为脂肪族PI以及芳香族PI,显示材料多采用芳香族PI。在OLED显示领域,PI材料可用于OLED显示用TFT基板、触控屏基膜、柔性盖板等用途。TFT基板主要采用PI浆料,在柔性AMOLED面板前段制造工艺中涂布、固化成PI膜,可制成柔性光学基板。触控屏基膜和盖板主要采用无色透明聚酰亚胺(CPI)薄膜为基材。盖板在机械性能以及耐热性能上要求高于触控材料,但触控材料在光学相位差性能上要求更高。随着屏下摄像头的迅速发展,未来TFT基板也将逐步采用CPI材料。此外,在AMOLED显示用TFT的表面平坦化层(PLN)、支撑层(PS)以及有序分割像素单元的像素定义层,可以采用 PSPI,一种在高分子链上兼有亚胺环以及光敏基因的有机材料,从而起到平坦化、像素界定与隔离和支撑掩膜版的作用。目前全球柔性OLED基板用PI材料供应商包括日本宇部兴产、钟渊化学,其中宇部兴产占据绝对领先地位,全球市场占有率超过90%,供应除LG外所有主流柔性AMOLED面板生产厂商。受限于PI技术壁垒较高,我国研发起步较晚,参与研发的企业主要包括柔显科技、中科玖源、聚萃、尊尔光电等,均未实现规模量产,国内面板生产企业仍需大量进口国外基板用PI浆料。目前量产的基板用PI浆料基本都是小尺寸柔性AMOLED用黄色PI浆料,未来对应屏下摄像头和大尺寸可卷曲电视面板则需使用透明PI浆料,由于需要兼顾透光率、耐热性和可剥离性,技术难度远高于黄色衬底PI,产品附加值更高,与UTG面板相比,面板用PI材料具有高透明、抗冲击、耐蠕变、可弯折等优势,未来成长空间可期[15-18]。

1.4 封装薄膜

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,这也是导致其稳定性差的原因。氧气会淬灭三线态激子、直接导致发光量子效率显著下降,还会氧化空穴传输层和发光层,导致不饱和双键被打开,器件发光效率和电子空穴传输能力下降。水蒸气容易使发光层中的有机半导体发生水解反应。同时电极使用的金属非常活泼,既容易被氧化,又容易与渗透进来的水蒸气发生反应被水解。所以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,通常采用具有高水氧阻隔性的水汽阻隔膜,柔性器件因衬底材料的特殊性,水氧阻隔能力比刚性材料更差,对封装材料的要求更高[19]。因此封装材料及封装工艺是延长柔性OLED器件寿命、提高器件稳定性、实现柔性OLED量产的必要条件。
封装薄膜材料主要有三类:无机封装材料、有机封装材料和无机有机复合封装材料。第一代柔性阻隔膜材料以有机薄膜为主,如聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等,这些材料自身的结构特性决定了其阻水能力有限;第二代柔性阻隔材料以铝箔、镀铝膜为阻隔层,其阻隔性能优异且制备工艺简单,但是铝箔需要具有一定的厚度才能达到阻水要求,阻隔材料的成本升高。铝箔材质较脆,易在折痕处出现裂纹而影响其阻隔性[19]。此外,铝箔和镀铝膜不透明,限制了其应用的范围;第三代高阻隔膜的研发起步于20世纪80年代中期,日本三菱树脂将无机硅蒸镀到聚乙烯醇(PVA)、PET、聚酰胺等基材上制备无机有机复合隔膜,该类封装材料兼具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。但OLED封装薄膜材料长期被韩国三星SDI、LG、美国3M企业垄断,是我国OLED产业的“卡脖子”材料之一,国内仅康得新具备产业化能力,但该企业深陷财务造假负面影响,现已退市,国内企业仍几乎全部依赖进口。

1.5 显示用光刻胶

光刻胶主要由成膜树脂、感光剂(包括光引发剂、光增感剂、光致产酸剂等)、有机溶剂、助剂等其他添加剂组成。OLED光刻胶主要包括TFT正性胶、彩色光刻胶、黑色光刻胶、触摸屏用光刻胶、衬垫料光刻胶、OC光刻胶、PSPI光刻胶。我国显示光刻胶主要集中于LCD光刻胶,OLED所需的PSPI、OC光刻胶国产化率极低,是OLED显示关键材料中国产化率最低的一环。特别是在PSPI领域,国内研发远落后于日本、美国等国家,全球市场主要由日本东丽、日美合资HDM公司掌握,其中东丽是全球正性PSPI产品化最成功的企业之一。2023年11月,鼎龙(仙桃)半导体材料产业园国内首条千吨级半导体显示光刻胶PSPI生产线正式投用,该项目具备 1万t/a抛光液、1万t/a研磨粒子、1 000 t/a PSPI光刻胶生产能力,对于提升PSPI国产化率起到较强支撑作用,未来产品正式投放市场后,有望打破 PSPI长期被国外垄断局面。OLED光刻胶代表性企业见表3。
显示用光刻胶的发展趋势主要受到显示技术的影响,由于LCD与OLED在未来较长时间内仍是市场的主流,因此彩色滤光片用光刻胶、PS胶仍将维持较大需求,同时随着QD-OLED、超高分辨率QD-Micro-LED、AM-QLED(量子点有机发光二极管)市场扩张,量子点光刻胶的需求也将增大。用于彩色滤光片制造的彩色光刻胶由颜料型向全染料型发展,染料是其开发的一大重点,同时配方上需要进一步提高光刻胶透过率、色度和对比度。黑色彩色光刻胶的发展方向主要为与PS胶相结合开发黑柱间隔(BPS)材料[20]。

2 我国发展OLED用电子化学品所面临的主要问题

2.1 技术壁垒高

OLED材料涉及分子结构设计、提纯混配等前沿技术,技术壁垒极高,开发投入大、周期长、过程复杂,更新换代快,产业化面临风险大,涉及技术或产品是否满足市场需要、产品质量、放大过程重现性、产品市场竞争力、生产过程安全环保等一系列的问题,需要对产品质量、工艺稳定性、工程放大过程、安全环保等严格把关,经费投入极大。以OLED发光材料为例,掺杂材料(又称客体)材料开发难度极高,需要开发具有共轭芳香基团单体,要求材料具备较好的载流子传输性和半导体特性,同时需具备较好的成膜特性,易于在真空条件下成膜,对于合成、分离、纯化等各个工艺环节提出了极高要求[10]。

2.2 专利壁垒高

专利布局在OLED发光材料领域尤为重要。国外厂商研发较早,OLED显示核心技术,包括柔性TFT背板、柔性电极、柔性OLED像素排布、高效率柔性OLED发光器件、柔性封装、应力控制等,均被日韩美等企业申请了大量的专利,专利基本被UDC、出光、默克、德山等企业封锁及保护。其中UDC公司超过6000项专利一直占据行业主动权,而且,头部企业UDC及三星等公司采用AI技术进行分子设计,这将推动其技术继续保持先进性。国内厂商起步虽晚,但通过数十年的研发,也开始形成自己的专利保护墙。近年柯达、UDC及Kyulux等公司早期核心专利陆续到期,国内厂商有望利用有机合成、化学修饰等手段绕开现有分子结构,实现专利突破。

2.3 验证资源短缺

OLED材料需要在参数、工艺、产品等方面经过第三方验证平台及下游厂商严格且漫长的验证才能进入下游供应链体系,下游厂商出于稳定生产考虑,对于材料更新换代持保守态度,存在较高的检测验证壁垒。例如OLED发光材料整个认证周期要经过样品、小试、中试、小批量供货、批量供货等阶段,新的材料从验证到进入产线,大约要1年的时间,真正到大批量供货可能要长达2—3年,国内用户顾及国外供应商可能停供导致关键原材料断货,因此无法进行公开评价和应用,导致上游原材料产业迭代面临验证瓶颈。

2.4 缺乏关键装备

目前国外OLED高端设备对我国限售,例如:全球蒸镀机(尤其是蒸镀封装一体机)几乎被Cannon Tokki垄断,价格高达8 500万美元,年产仅10台左右,产能严重不足,国内企业质量和效率存在较大差距;显示用PI方面,国内显示用PI双向同步拉伸工艺设备和OLED终端材料升华设备等配套生产与检测设备研发和制造能力与国外差距较大,增加了设备采购成本。除此之外,缺陷检测设备、高速离子注入机、刻蚀设备、涂胶机、喷墨打印机、封装设备等OLED关键设备均需从海外进口,增加了生产企业资金投入。

3 我国发展OLED用电子化学品对策建议

加快关键核心技术突破与产业化应用,推动校企合作以及上下游企业的协同创新,不断推动OLED发光材料、高性能PI材料、PSPI光刻胶等技术创新,引导产业链上中下游相关企业有序集聚,简化企业合作审评审批程序,推进关键材料检验检测改革和科技成果转化应用体系建设,破解国产化技术瓶颈制约,形成完整产业链,逐步实现进口替代,提升产业链韧性;加大设备投资,借助光电材料研发中心平台,引进高通量合成平台、瞬态稳态荧光光谱仪、自动化蒸馏设备、升华装置等,或通过与高校、企业、研发机构合作,实现设备互通;大力实施知识产权战略,聚焦于产业核心技术攻关,将核心技术成果转化为知识产权,同时加强知识产权保护,增强知识产权运营效率。

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