透明OLED顯示發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析

李偉章

摘? 要：OLED顯示技術(shù)的出現(xiàn)打破了人們對顯示屏的固有認(rèn)識，利用這項技術(shù)做出來的顯示產(chǎn)品可以輕薄易攜、色彩艷麗，產(chǎn)品外形上除了有常規(guī)的平面狀，還可以做成曲面、甚至折疊，給人一種無與倫比的視覺沉浸感。結(jié)合OLED技術(shù)，我們可以把顯示面板做成透明，與LCD依靠外界光進(jìn)行顯示的透明技術(shù)不同，透明OLED顯示屬于自發(fā)光的技術(shù)，且透明度高，一般在40%以上。透明OLED顯示技術(shù)給予我們不同的呈現(xiàn)形式與視覺沖擊，結(jié)合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的普及，相信將會推動“泛在屏”顯示時代的發(fā)展。文章基于透明OLED闡述其發(fā)展由來并進(jìn)行技術(shù)分析。

關(guān)鍵詞：OLED;透明顯示;透明陰極

中圖分類號：TN873? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0135-03

Abstract： The emergence of OLED display technology has broken people's inherent understanding of the display screen. The display products made by this technology can be light， easy to carry and colorful. Besides the conventional plane shape， the products can also be made into curved surfaces or even folded， giving people an unparalleled sense of visual immersion. Combined with OLED technology， we can make the display panel transparent. Different from the transparent technology that LCD relies on external light for display， transparent OLED display belongs to self-luminous technology， and the transparency is generally more than 40%. Transparent OLED display technology gives us different presentation forms and visual impact， combined with the popularity of the modern Internet of things， it is believed that it will promote the development of the "ubiquitous screen" display era. This paper describes the origin of its development and technical analysis based on transparent OLED.

Keywords： OLED; transparent display; transparent cathode

引言

自1987年鄧青云教授實現(xiàn)低電壓下驅(qū)動雙層有機電致發(fā)光器件以來，OLED（有機發(fā)光二極管）得到了長足的發(fā)展，在顯示面板領(lǐng)域呈現(xiàn)出勢如破竹的發(fā)展之勢。與傳統(tǒng)的液晶顯示相比，OLED屬于自發(fā)光的顯示技術(shù)，不需要背光源，因此具有外形輕薄、視角寬廣、對比度高的特點。另外，OLED采用固態(tài)的有機材料作為發(fā)光層，其反射型陽極和半透明陰極構(gòu)成一個光學(xué)微腔，利用微腔效應(yīng)可使出射光的半峰寬控制在35nm以內(nèi)，因而OLED面板色純度高、色域廣。每個OLED像素可以被獨立地尋址、驅(qū)動，像素形狀有長方形、菱形、橢圓形等，最小尺寸在15微米左右，其面板產(chǎn)品分辨率可達(dá)400 PPI以上、響應(yīng)速度比液晶快50倍，呈現(xiàn)出來的畫面細(xì)膩、流暢。OLED具有的上述特性受到面板廠商和消費者的青睞，迅速占領(lǐng)了穿戴、手機、電視和車載顯示市場，其面板出貨量逐年攀升，預(yù)計市場滲透率在2025年將提升至73%。

近年來，由三星引領(lǐng)了一場面板行業(yè)的外形革命，柔性屏的出現(xiàn)讓消費者第一次意識到屏幕還可以由直變彎、由彎到卷。柔性顯示屏采用PI（聚酰亞胺）薄膜作為基底，上面制作TFT驅(qū)動電路以及沉積OLED材料，最后使用TFE薄膜封裝技術(shù)達(dá)到隔絕水氧的目的。柔性屏的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，隨著技術(shù)瓶頸的突破，良率將會得到進(jìn)一步的提升。

值得一提的是，OLED的器件結(jié)構(gòu)非常適合用于制作透明顯示屏，關(guān)于這方面的研究一直是行業(yè)內(nèi)的熱點。OLED透明屏的應(yīng)用前景廣闊，可用于櫥窗展示、戶外廣告牌、平板顯示，甚至可用作玻璃窗戶，頗有科幻的感覺。目前市場上已經(jīng)發(fā)布了相關(guān)的產(chǎn)品，小尺寸的以Kairos的透明顯示智能手表為代表、大尺寸的以三星55寸的透明OLED電視為代表。韓國的LG Display已經(jīng)掌握了量產(chǎn)大尺寸透明OLED顯示器的技術(shù)，相信未來會有更多的產(chǎn)品推入市場。

面對競爭愈發(fā)激烈的顯示面板市場，曲面屏、全面屏、折疊屏等新概念層出不窮，說明面板廠商想要突圍而出，必須實現(xiàn)產(chǎn)品差異化。透明顯示可作為一個新的技術(shù)突破點，目前來看，相對于LCD、Micro LED等其他技術(shù)，OLED在透明屏產(chǎn)品的生產(chǎn)可行性方面技術(shù)最為成熟、最為適合。

1 透明顯示技術(shù)分類

透明面板，就是在關(guān)閉時像普通的玻璃一樣透明，而工作時不僅能讓我們看到面板上顯示的圖像，還能夠看到顯示屏背后的物體。在目前已報道的案例中，PDP、LCD、Micro-LED、OLED等技術(shù)都可以實現(xiàn)透明顯示，下面我們來進(jìn)行簡單介紹：

1.1 PDP透明顯示

如今PDP顯示屏的產(chǎn)品已非常少見，它的工作原理與常見的日光燈類似，是一種利用氣體產(chǎn)生等離子體放電，然后激發(fā)熒光粉發(fā)出可見光的顯示技術(shù)。由于PDP不需要TFT驅(qū)動電路，因此只要把面板中不透明的電極、熒光粉、阻隔層替換掉就可以實現(xiàn)透明顯示。2011年，韓國大田科學(xué)技術(shù)院使用透明度很高的二氧化硅溶膠凝膠作為絕緣層、SU-8光刻膠作為阻隔層，得到了透過率接近63%的PDP顯示屏，取得了良好的視覺效果。

1.2 液晶透明顯示

LCD屬于非自發(fā)光的顯示技術(shù)，它依靠背光源發(fā)出的光通過紅綠藍(lán)彩色膜來顯示不同的顏色。要用LCD技術(shù)實現(xiàn)透明顯示，一般來說有兩種方法，第一種是去除背光源，利用外界光作為光源來實現(xiàn)透明的效果，第二種是對背光模組進(jìn)行重排，將背光源放置在顯示屏的邊側(cè)。前者適合做大尺寸面板，而后者適合用于小尺寸產(chǎn)品。2012年，京東方展示的國內(nèi)首款32寸透明液晶顯示屏就是采用第一種方法，該顯示屏具有全高清、功耗低、寬視角、對比度高的特點，成為當(dāng)時展會上的焦點。

1.3 Micro-LED透明顯示

Micro-LED是微發(fā)光二極體顯示器，屬于自發(fā)光的顯示技術(shù)，由尺寸在10微米以下的LED晶粒組成發(fā)光像素。由于發(fā)光像素尺寸極小，因此具有制作透明顯示器的先天優(yōu)勢。2019年，天馬在SID會議上展示了與PlayNitride合作完成的7.56寸透明度達(dá)60%的Micro-LED顯示產(chǎn)品，該樣機分辨率達(dá)114PPI，邊框小于0.8mm，可用于車載顯示器。但Micro-LED技術(shù)至今仍未成熟，在巨量轉(zhuǎn)移、晶粒良率、三基色顯示化等方面仍需要一段時間的技術(shù)沉淀。

1.4 OLED透明顯示

OLED常見的微結(jié)構(gòu)有底發(fā)光與頂發(fā)光兩種器件，它們的電極設(shè)計都是采用一面為全反射、另一面用于透光的方式，這就是所謂的單面顯示OLED。其中頂發(fā)光器件發(fā)出的光線不穿過TFT層，所以比底發(fā)光器件具有更高的開口率。如果我們使用透明陽極和半透明陰極制作成OLED器件，則會得到雙面顯示OLED，美中不足的是這種做法會使OLED器件效率降至25%、色彩飽和度小于50%，難以滿足用戶的使用需求。OLED透明顯示利用其自發(fā)光、輕薄的特性，厚度能控制在1mm左右，用該技術(shù)做出來的手表、電視、櫥窗等產(chǎn)品具有獨特的魅力，三星、LG Display、松下等公司已經(jīng)展出了相關(guān)樣機。雖然OLED厚度很薄，但它采用的LTPS（低溫多晶硅）驅(qū)動電路和一些功能層的透過率卻很低，因此要實現(xiàn)透明顯示，需要對電路重新排布或者把不透明的功能層替換成透明材料，才能獲得更高的透過率，我們將在下文進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 透明OLED顯示技術(shù)分析

目前常見的透明OLED面板透過率在45%左右，利用OLED輕薄、自發(fā)光的特點，要實現(xiàn)透明顯示并不困難，結(jié)合我們的生產(chǎn)經(jīng)驗可分為以下三個方面進(jìn)行技術(shù)介紹：

2.1 透明基板技術(shù)

市場上常見的OLED面板產(chǎn)品大多采用LTPS作為驅(qū)動電路，分辨率越高，電路排布越密集。而電路部分的光透過性不佳，尤其是用ITO/Ag/ITO作為陽極的全反射層完全不透光，因此，我們首先考慮到的是對TFT電路進(jìn)行重新排布，通過讓發(fā)光像素和電路緊湊排列來騰出透光的區(qū)域（圖1）。另外，我們嘗試以四個像素為一組，只保留一個像素作為發(fā)光顯示區(qū)，其余三個像素為非顯示區(qū)，去除非顯示區(qū)的陽極、平坦層和像素定義層，由此方法得到的基板透明開口率達(dá)56%（圖2）。從材料角度來說，顏色越深對光線吸收能力越強，目前平坦層、像素定義層所使用的材料透過率約為70%，因此選用透明的材料替代它們可進(jìn)一步提高基板的透過率。

2.2 透明陰極技術(shù)

頂發(fā)光OLED器件一般采用CMM（普通金屬掩膜版）蒸鍍15nm的鎂銀合金作為半透明陰極，然而金屬對光的反射導(dǎo)致產(chǎn)品透過率只能達(dá)到28%。為了解決這個問題，我們采用FMM（精細(xì)金屬掩膜版）對顯示區(qū)的像素區(qū)域蒸鍍陰極，非顯示區(qū)不蒸鍍陰極材料，再對顯示區(qū)的陰極進(jìn)行搭接，可使產(chǎn)品透過率提升至42%。由于FMM價格昂貴，會給實際生產(chǎn)帶來較大的成本壓力，因此我們嘗試選用透明材料作為陰極。ITO（氧化銦錫）是透明度達(dá)90%以上的良導(dǎo)體，通過磁控濺射的方式將它沉積在有機薄膜表面充當(dāng)陰極，可以在獲得良好透明性的同時減弱微腔效應(yīng)帶來的視角色偏?？紤]到濺射過程中產(chǎn)生的Plasma可能對OLED器件性能產(chǎn)生不良影響，研究人員使用PLD（脈沖激光沉積）技術(shù)實現(xiàn)了無損傷沉積ITO薄膜的效果。除了ITO以外，納米銀線、石墨烯、金屬網(wǎng)格等都是在透明性和導(dǎo)電性方面表現(xiàn)出眾的材料，它們的存在推動了透明面板的發(fā)展。

2.3 其他改善技術(shù)

光損失機制中，我們將光在不同折射率材料界面存在的反射損失稱為菲涅爾損失。要提高透明度，必須想方設(shè)法將光線穿過顯示面板時的光損失降低。例如封裝玻璃與蓋板玻璃之間存在一層空氣間隙，而玻璃與空氣之間存在光學(xué)不匹配導(dǎo)致光損失。如果使用透明消氣劑填充其間，那么不僅可以提高面板的透明度，還可以增強面板的抗壓強度。另外，常見的玻璃透過率一般為91%，研究表明，在玻璃表面貼一層抗反光涂層來減少外界光的反射，可以使玻璃的透過率提高至98%，對于改善透明度來說是一種簡單易行的方法。

3 結(jié)束語

OLED顯示擁有其他傳統(tǒng)顯示技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，受益于上游的技術(shù)成熟、下游的需求增長，在生產(chǎn)成本逐漸降低以后OLED面板的市場滲透率會進(jìn)一步擴大，目前世界各國的顯示面板廠商已經(jīng)積極布局與投產(chǎn)。OLED器件非常適合用于制作透明面板，同時透明OLED是具有視覺沖擊力的產(chǎn)品，相信它的出現(xiàn)會在消費市場掀起波瀾。當(dāng)然，透明OLED面板目前還存在亮度不足、對比度低等飽受詬病的問題，但隨著透明基板技術(shù)、透明陰極技術(shù)的進(jìn)一步完善，輔之以更多透明材料的出現(xiàn)，這些技術(shù)上的難題會逐一得到解決。

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