OLED顯示技術(shù)與發(fā)展趨勢研究

翟東超

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(xiàng)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。OLED是一種利用多層有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電致發(fā)光的器件，它很容易制作，而且只需要低的驅(qū)動電壓，這些主要的特征使得OLED在滿足平面顯示器的應(yīng)用上顯得非常突出。OLED顯示屏比LCD更輕薄、亮度高、功耗低、響應(yīng)快、清晰度高、柔性好、發(fā)光效率高，能滿足消費(fèi)者對顯示技術(shù)的新需求。全球越來越多的顯示器廠家紛紛投入研發(fā)，大大的推動了OLED的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?；诖耍恼戮蚈LED顯示技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：OLED;顯示技術(shù);應(yīng)用

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(fèi)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(diǎn)。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。

一、OLED的發(fā)光原理和彩色化方法

OLED器件的基本結(jié)構(gòu)是在ITO陽極與金屬陰極之間夾一層有機(jī)發(fā)光層，形成像三明治一樣的夾心結(jié)構(gòu)。當(dāng)在OLED器件兩端加上正向電壓后，由陰極注入的電子和陽極注入的空穴將在有機(jī)發(fā)光層中產(chǎn)生復(fù)合，同時釋放出能量，并將能量轉(zhuǎn)移給有機(jī)發(fā)光材料的分子，后者受到激發(fā)產(chǎn)生發(fā)光。

全彩化顯示應(yīng)用是未來OLED技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，OLED要獲得全彩主要以下有三種方法。一是采用紅、綠、藍(lán)三種有機(jī)發(fā)光材料制成三基色子像素，利用混色原理獲得彩色顯示。二是把藍(lán)光OLED發(fā)出的光利用熒光材料吸收后再轉(zhuǎn)換發(fā)出紅、綠、藍(lán)三基色光獲得全彩。三是沿用LCD全彩化的方法，只利用白光OLED發(fā)光，再使用彩色濾光片獲得三基色。

二、OLED顯示技術(shù)應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)顯示技術(shù)，OLED有很多優(yōu)勢，其厚度可以小于1mm，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕;OLED的廣視角使其在超大視角范圍內(nèi)觀看，畫面也不失真;它的響應(yīng)速度僅為LCD的1/1000;它耐低溫，在-40°左右的低溫中能夠照常顯示;發(fā)光效率高，能耗低，環(huán)保;柔性可彎曲，同時畫面顯示更清晰。

根據(jù)發(fā)光材料的不同，OLED器件可以分為有機(jī)小分子電致發(fā)光器件（SMOLED）和有機(jī)高分子電致發(fā)光器件（POLED）兩大類。小分子材料主要采用真空熱蒸發(fā)工藝，其供應(yīng)商以日系廠商為主;高分子材料由于不耐高溫，因此主要采用旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂印刷工藝，其供應(yīng)商以歐美廠商為主。目前小分子材料發(fā)展較早，其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平。高分子材料由于可以采用旋涂、噴墨印刷等方法成膜，從而可能會大大降低顯示器件生產(chǎn)成本，但目前該技術(shù)尚不成熟，POLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難。

基于性能上的眾多明顯優(yōu)勢，OLED顯示屏比LCD的應(yīng)用范圍更廣，可拓展到商業(yè)領(lǐng)域、消費(fèi)電子領(lǐng)域、交通領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)用領(lǐng)域等幾大板塊，而且隨著人們對OLED的不斷研究，在單個領(lǐng)域的應(yīng)用也將不斷深入。

商業(yè)領(lǐng)域里，OLED中小尺寸屏主要可以作為POS機(jī)、ATM機(jī)、復(fù)印機(jī)、自動售貨機(jī)、游戲機(jī)、公用電話、加油站、打卡機(jī)、門禁系統(tǒng)、加油站等終端應(yīng)用設(shè)備的顯示屏，它們輕薄、可彎曲、抗震耐摔的特性使其既美觀大方又結(jié)實(shí)耐用。大尺寸屏可作為大型會議室的商務(wù)宣傳屏，也可用做機(jī)場、車站等公告場所的廣告投放屏，高亮度、廣視角使得色彩更鮮艷，畫面視覺效果更強(qiáng)。

消費(fèi)電子領(lǐng)域，OLED中小尺寸屏幕主要用作掌上游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、音響設(shè)備、便攜式DVD、計算機(jī)、手機(jī)、電子書、PC、筆記本電腦等，大尺寸屏幕主要用作高清有機(jī)電視屏幕。

交通領(lǐng)域，OLED顯示屏主要用作飛機(jī)、輪船儀表、可視電話、GPS、車載顯示屏等，這些應(yīng)用中一般中小尺寸屏幕居多。

工業(yè)控制領(lǐng)域，隨著智能制造時代的到來，在工業(yè)制造領(lǐng)域，對顯示屏幕的需求越來越多，這方面的需求未來也將成為OLED中小尺寸顯示屏的重要應(yīng)用方向之一。

醫(yī)用領(lǐng)域，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷影像，手術(shù)屏幕實(shí)時監(jiān)控等都離不開顯示屏幕，一般也以中小尺寸屏幕居多。

三、OLED的未來技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)外企業(yè)都在對OLED技術(shù)發(fā)展難度進(jìn)一步攻關(guān)，相信未來這些難點(diǎn)將會取得突破，基于當(dāng)代全球OLED技術(shù)發(fā)展情況，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2016-2021年中國OLED產(chǎn)業(yè)市場預(yù)測與投資前景分析報告》認(rèn)為，未來OLED技術(shù)發(fā)展趨勢如下。

（一）真正能發(fā)揮OLED技術(shù)優(yōu)勢，仍以AMOLED應(yīng)用為

主PMOLED在其元件的結(jié)構(gòu)組成方面，較AMOLED更為簡單，具備大量生產(chǎn)壓低成本的制造優(yōu)勢，也是OLED用于顯示應(yīng)用最早量產(chǎn)的產(chǎn)品形態(tài)。PMOLED適用于移動電話的顯示屏幕應(yīng)用，在訊息顯示量不高的小型面板應(yīng)用尤其適合，量產(chǎn)成本也相對低許多。但在主應(yīng)用產(chǎn)品越趨轉(zhuǎn)向高彩、大尺寸、快速顯示的應(yīng)用方向時，PMOLED在技術(shù)條件明顯無法應(yīng)付新需求。但真正能發(fā)揮OLED技術(shù)優(yōu)勢，仍是AMOLED應(yīng)用為主，尤其用于顯示器應(yīng)用領(lǐng)域，目前已有Sony、Nippon Seiki、Samsung SDI、Pioneer、LGD is play、奇晶光電、（CMEL）等顯示器大廠投入研發(fā)、生產(chǎn)。

（二）可撓式AMOLED得以應(yīng)用

AMOLED由于結(jié)構(gòu)具備可撓特性，因此也具備導(dǎo)入e-ink電子紙應(yīng)用的條件，例如，Sony就開發(fā)出采用AMOLED構(gòu)造的可撓式顯示器（Flexible Plastic Substrate），其制法是將AMOLED結(jié)構(gòu)制作于塑料薄膜上，克服以往AMOLED需高溫制程可能會造成塑料基底的變形問題。在Sony的制法中，可撓式的OLED面板制程可全程控制在180℃以下。

針對可撓性O(shè)LED的原型開發(fā)，亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State University;ASU）也開發(fā)出4寸大小的AMOLED顯示器，目前已具備QVGA顯示分辨率。由ASU發(fā)展的可撓設(shè)計原型使用杜邦Teijin熱穩(wěn)定聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯（PEN）材料，與Sony同樣以低于180℃制程制作，整合于非晶矽TFT背板。

（三）發(fā)展節(jié)能光源OLED成為全球趨勢

OLED的材質(zhì)特性，不只是讓顯示器廠商為之驚艷，OLED具備的自發(fā)光特性，也讓燈具、光源制造商感興趣，如飛利浦、歐斯朗等燈具大廠嘗試投入相關(guān)研發(fā)。

四、透明OLED顯示技術(shù)分析

（一）透明基板技術(shù)

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。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%（。從材料角度來說，顏色越深對光線吸收能力越強(qiáng)，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。

（二）透明陰極技術(shù)

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(shí)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(jī)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。考慮到濺射過程中產(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(shí)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。

五、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(diǎn)，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(fèi)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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