OLED顯示技術概要及應用領域的發(fā)展趨勢

金成龍 李青

摘要：隨著顯示技術的不斷發(fā)展，消費者對更高畫質(zhì)及輕薄化顯示屏的需求也日益增加，為了滿足這些需求，各大廠商采用最近大熱的OLED屏，本文在這中背景條件下簡單敘述了OLED顯示技術的情況，并對此技術對應用領域及對其他方面的影響做了簡單介紹。

關鍵詞：OLED顯示技術;屏下指紋解鎖;封裝工藝

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）08-0216-04

本文簡單介紹了作為次世代顯示技術的代表的OLED顯示技術，并對目前市場情況做了簡要分析，進而分析了OLED顯示技術對智能手機相關功能所帶來的影響。

1 OLED的概況

1.1 OLED的概念

OLED（Organic Light Emitting Diode）是在有機物薄膜上通過電流時會發(fā)光的自發(fā)光型有機材料，被譽為可替代傳統(tǒng)LCD顯示技術的次世代顯示技術備受矚目。OLED對比LCD具有厚度薄、可視角度廣、反應速度快等特點。OLED作為無需光源的自發(fā)光型顯示技術，具有可視角度廣，色彩還原性高的特點，且對比其他顯示技術具有更快的反應速度，以薄膜形態(tài)制作而成，厚度薄，是可實現(xiàn)柔性顯示的顯示技術。另一方面，OLED目前受良率與使用壽命的原因，在價格競爭力方面不如LCD，在大型化還有技術和經(jīng)濟方面的難點。

1.2 OLED的結(jié)構(gòu)

OLED是在有機物薄膜上通過正極和負極注入的空穴（Hole）與電子（Electron）相結(jié)合形成激子（Exciton），當激子恢復穩(wěn)定狀態(tài)時以發(fā)光的形式釋放能量從而發(fā)光。

1.3 OLED的分類

OLED可根據(jù)發(fā)光材料的種類、發(fā)光方式、發(fā)光結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式等可分為多種類型，一般以驅(qū)動方式的不同可分為PM OLED（Passive Matrix;被動型）與AM OLED（Active Matrix;主動型）。OLED方式分類如表1所示。

1.4 PMOLED與AMOLED的特點

OLED市場一開始是以造價低廉的PMOLED為中心成長，但近期主打高分辨率與適用于大型化的AMOLED實現(xiàn)快速增長。PMOLED是在顯示區(qū)域內(nèi)將正極與負極以矩陣方式進行交叉排列，當施加電壓時正極與負極交叉部分發(fā)光的方式。PMOLED制造工藝相對簡單，但具有壽命短、大型化時反應速度延遲、耗電量急增等問題，是適用于小型、低分辨率的方式。AMOLED是用TFT控制各像素的方式。AMOLED制造工藝雖然復雜，但具有可通過利用TFT實現(xiàn)低壓驅(qū)動，且可實現(xiàn)大型化和高分辨率的優(yōu)點[1]。PMOLED與AMOLED對比如表2所示。

1.5 OLED商用產(chǎn)品動向

使用OLED商用產(chǎn)品最具代表性的就是智能手機。各大手機廠商為了滿足消費者對更加清晰畫面的需求逐漸開始使用OLED屏幕。未來一段時間內(nèi)，智能手機將是OLED面板的主要應用領域。

2 OLED技術在顯示領域的應用

2.1 移動終端

中小型OLED：FOD（Fingerprint on Display屏下指紋識別）與Foldable（折疊式）是關鍵。

2.1.1 需求放緩，追求差異化的配套廠商

智能手機市場漲勢到17年開始進入成熟期。到18年智能手機銷量：（1）交替周期上升;（2）因差異化戰(zhàn)略輔材等原因放緩加劇，去年已是逆成長。18年第三季度全球智能手機銷量為3.56億部，對比去年同期銳減6%。各大手機廠商已經(jīng)開始調(diào)整庫存。

2019年度全球經(jīng)濟增速放緩，不看好智能手機市場有所成長，配套廠商戰(zhàn)略大致可分為：

（1）通過高價戰(zhàn)略確保收益（蘋果）;

（2）通過升級配置擴大占有率（三星，華為，OPPO/VIVO/小米等）。

蘋果會通過持續(xù)的ASP上升抵消銷量低迷，維持其收益，其他配套廠商除了改善相機性能外，通過折疊式及FOD（Fingerprint on Display）的導入展示差異性。

2.1.2 FOD（Fingerprint on Display）：拉動Rigid OLED需求

未來幾年智能手機廠商戰(zhàn)略中重中之重將是全面采用FOD。FOD是Fingerprint On Display（屏下指紋識別）的縮寫，與傳統(tǒng)的在非屏幕顯示區(qū)域指紋識別方式不同，是在屏幕顯示區(qū)域進行指紋識別的方式。目前為止FOD技術僅限在中國國內(nèi)廠商使用，全球首款使用FOD的廠家是VIVO，18年1月VIVO推出了使用屏下指紋識別技術的“X20”機型，面世后的市場反應除了認為新穎外還有反應速度慢的反饋。也就是說雖然是劃時代的技術，但仍有提升空間。蘋果公司為了體現(xiàn)與安卓陣營的差異，所采用的生物識別技術為“FaceID”（面部識別技術）。

即便蘋果不使用FOD技術，業(yè)界普遍認為未來FOD市場會有很大發(fā)展。其理由為：（1）對新的生物識別方式（面部識別，虹膜識別）消費者好感度并沒有指紋識別高;（2）智能手機市場發(fā)展減緩中各廠商之間的差異化戰(zhàn)略將會加劇。

根據(jù)調(diào)查機構(gòu)HIS調(diào)查結(jié)果顯示，指紋識別模塊銷量預計在19年達到1.05億臺（+1，073%YoY），20年達到2.06億臺（+96%YoY），保持高速成長態(tài)勢，相關的COF Packaging技術搭配應用領域?qū)⒏鼮閺V闊。近期配套廠商為了體現(xiàn)差異化擴大開始推出無邊框手機。

COF Packaging技術正逐步取代COG（Chip on Glass）需求，這是更易于實現(xiàn)全面屏的技術。COF Packaging所需薄膜供應商有 Chipbond（66K/月），JMC（55K/月），Stemco（90K/月），LG伊諾特（110K/月），F(xiàn)lexceed（30K/月）。

指紋識別技術可大致分為2種，分別是Under Display和In Display方式。其中Under Display是近期新開發(fā)的技術，指紋識別傳感器在顯示屏下方。雖然Under Display對比In Display價格相對低廉，但只能在顯示屏部分區(qū)域進行識別。相反，In Display方式預計會在2～3年后得到商用，雖然價格相對昂貴，但可在整個顯示屏區(qū)域進行指紋識別而非部分區(qū)域。

未來2年內(nèi)預計大部分都會為Under Display方式，Under Display方式根據(jù)媒介種類可分為Optical方式（光學方式）與Ultrasonic 方式（超聲波方式）。Optical方式是將光照射到指紋，并識別根據(jù)指紋的模樣與深度所反射的光線來識別指紋。超聲波方式是將超聲波發(fā)射到指紋上，并識別反射來的超聲波的方式來進行指紋識別。

超聲波方式對比光學方式指紋識別速度快，準確度高。超聲波對比光線對3D影像捕捉效果更好。因此，光學方式比起3D影像更適用于2D影像，且如果指紋上有水或其他臟污識別率會相對降低。

配套廠商加大對FOD的采用后相應的OLED面板需求量預計也會隨之增加。因為FOD技術僅適用于OLED面板。目前主流技術為超聲波或光學方式都是Under Display方式，以媒介（光，超聲波）透過有機材料之間的縫隙為核心。

相反，LCD從結(jié)構(gòu)來看，媒介很難通過背光源。具有對比OLED通過時間更久且識別效率更低等缺點。因這種技術難點，開始有了可用于LCD的In Display方式研發(fā)。In Display方式如同TSP（Touch Screen Panel）是將傳感器放置于顯示器內(nèi)部的方式，因傳感器位置在蓋板玻璃下方，是較為進步的技術。

但是，即便In Display方式開發(fā)成功，業(yè)界普遍認為適配OLED面板的可能性比適配LCD要高。其理由并非因傳感器技術自身的難點，而是OLED更適合全面屏，無邊框屏。最終，F(xiàn)OD技術的導入將成為拉動OLED面板需求的主要技術趨勢。

2.1.3 Foldable：改善Flexible OLED的需求的關鍵

除FOD外，19年智能手機廠家的變化為折疊式手機的應用。實現(xiàn)可折疊式最亮眼的變化是蓋板層。目前硬性或柔性OLED最外層的蓋板層是玻璃。玻璃因美觀，有高級感一直沿用至今，但同時具有彎曲難度大，易碎等缺點，適配折疊式有自身上限，因此預計CPI（Colorless Polyimide）會暫時作為替代方案來使用。

適用于折疊式手機的PI具有復原性好，耐沖擊，耐化學性/耐磨/耐熱等特點，還有可彎曲的決定性特點，但PI本身帶有有較深的褐色，原本不適用于要求透明的顯示領域，但隨后成功實現(xiàn)透明化，才得以應用。CPI中的C是Colorless的頭文字。

2.1.4 Foldable所帶來的主要變化-封裝工藝

封裝工藝是形成OLED有機層保護膜的工藝。OLED有機層對氧氣十分脆弱。若要實現(xiàn)折疊式，傳統(tǒng)的封裝工藝很有可能發(fā)生較大改變。其理由為，在折疊式顯示屏上如果封裝受損，會導致OLED有機層發(fā)生問題。因此封裝工藝要與傳統(tǒng)方式不同，要具有耐彎曲的物理特點，且同時在反復展開/折疊過程中也要保持良好的黏貼性，還需要適用于大型化。

傳統(tǒng)硬性OLED所使用的是Frit方式。它是在玻璃與面板之間涂抹玻璃材質(zhì)的Frit，用激光進行熔化并硬化的方式將玻璃與面板粘合。Frit方式在硬性OLED上能有效的阻隔氧氣等外界影響，但Frit方式所用到的玻璃材質(zhì)的涂料，不適用于折疊式顯示屏。

為此，三星或?qū)肟捎糜谡郫B式OLED的TFE（Thin Film Encapsulation：薄膜封裝）技術。TFE是通過層積超薄有機膜與無機膜的方式阻隔水分與氧氣的封裝工藝。TFE的優(yōu)點是有機膜與無機膜的多層覆蓋，更易于阻隔微小滲透物，且具有耐彎曲等機械變化。

TFE薄膜蒸鍍方式有Sputter，PECVD，ALD等方式。Sputter方式為物理蒸鍍方式，原理雖簡單，但具有無法保證表面均勻的缺點。PECVD方式雖然可以保證表面均勻度，但無法制成超薄鍍膜。ALD方式是形成原子單位的薄膜的方法，可補全PECVD的缺點。

2.1.5 折疊式所帶來的主要變化-Y-OCTA的必要性擴大

TSP（Touch Screen Panel）市場從傳統(tǒng)的Add on Type方式逐漸轉(zhuǎn)變成On-Cell Type方式。因為Add on Type方式厚度相對較厚的缺點。也就是說，對于目前趨于輕薄的智能手機而言，此方式并非優(yōu)先方案。On Cell Type方式不同于Add On Type觸控傳感器是在顯示屏內(nèi)部的內(nèi)置型方式。結(jié)構(gòu)特點有：（1）非位于偏光板上方而是位于偏光板下方的方式。（2）無需額外基板，傳感器位于封裝薄膜（TFE：Flexible OLED）或封裝玻璃（Encap Glass：Rigid OLED）上方。

但是，為了能完美體現(xiàn)折疊式顯示屏，OLED的模組需要更薄。目前OLED模組厚度（包括蓋板玻璃）約為1.0～ 1.2mm，為了實現(xiàn)折疊式顯示需要將目前的OLED模組厚度減少50%。特別是Cover Lens，觸控傳感器，偏光板的合計厚度要縮小至0.1mm。

為了實現(xiàn)這功能，三星目前在使用Y-OCTA。Y-OCTA是Youm-On Cell Touch AMOLED的縮寫。Youm是代指柔性OLED的三星公司的稱謂。Y-OCTA是薄膜封裝（TFE）用有機物與偏光板之間構(gòu)建鋁制金屬網(wǎng)格傳感器來組成觸控面板的技術，無需額外的TSP，可減少成本，且可使OLED模組厚度更薄。

目前絕大部分智能手機上適配的觸控方式是電容方式。此方式是將帶有傳感器的基板兩面用ITO鍍膜形成透明電極。通過這種方式使玻璃表面帶有一定電流，當使用者觸控玻璃時傳感器會感知兩個導體之間的電位差。但電容方式具有不利于柔性顯示的結(jié)構(gòu)性缺點。

（1）ITO薄膜的高電阻不利于大型化。折疊式對比傳統(tǒng)智能手機屏幕尺寸更大，電阻值過大會導致靜電信號無法正常傳遞;

（2）銦礦主產(chǎn)地為中國，產(chǎn)量有限，價格偏高;

（3）易碎。特別是彎曲時電阻值會急劇上升，不利于適用于柔性顯示;

（4）用于OLED時銦會擴散，且生產(chǎn)工藝中會用到高溫，不適用于軟性基板。

針對不利于折疊式的上述ITO的特點，目前有各種材料作為替代方案逐步問世。具體有碳納米管（CNT），銀納米線（Silver Nanowire），金屬網(wǎng)格（Metal Mesh），導電聚合物（Conductive Polymer），石墨烯（Graphene）等。這些材料中普遍認為最接近于商用化的就是金屬網(wǎng)格。金屬網(wǎng)格所使用的材料為導電性能好（銅，銀等）的金屬，這些材料所具備的低電阻值相對有利于大型畫面，彎曲時的電阻增加現(xiàn)象也少，是有利于柔性顯示的方式[2]。

2.2 三星對QD-OLED投資逐步落實

三星電子近期為了擴大高端TV市場上的競爭力，集中力量開發(fā)EL（Electronic Luminescence）方式的QLED TV。三星公司目前所開發(fā)的QD-OLED不單單為LCD TV的色彩還原度的輔助作用，是以QD來組成各像素。EL方式的優(yōu)點是不僅在色彩還原度方面比傳統(tǒng)的LCD TV要高，而且還可極大化對比度。另外，QD是無機材料，對比使用有機材料的OLED TV壽命要更長。據(jù)目前情況來看，紅色/綠色QD元件壽命為7萬小時以上，即便一天觀看8小時，也可保持20年以上的使用壽命。但藍色元件還會使用OLED發(fā)光源，這是因為到目前為止藍色QD的研發(fā)速度進展緩慢。制作藍色QD時大小要在1nm以下，對比綠色2～3nm，紅色5～6nm要小很多，屬于光波長短、內(nèi)部能量密度十分高的程度。當受到外界能量時會在一瞬間極速氧化，在制作實際產(chǎn)品中很難進行適用。所以現(xiàn)在所開發(fā)的QD-OLED是使用藍色OLED為發(fā)光源，在此基礎上配置CF與紅色/綠色QD材料來呈現(xiàn)顏色。

近期隨著三星公司對QD-OLED投資可能性的增加，業(yè)界普遍期待在19年下半年中會對原有LCD產(chǎn)線切換。當年確定切換OLED時出現(xiàn)了LCD產(chǎn)量減少的情況來看，對LCD供需有積極影響，也有人展望因此會引起LCD面板價格上升。在16年年底三星確定切換7-1產(chǎn)線（G7，150K/月）時面板價格持續(xù)6個月實現(xiàn)增長（32英寸+30%/43英寸+59%/55英寸+25%）的情況來看，三星公司對LCD產(chǎn)線切換的投資是所有面板廠家所期待的部分。

3 結(jié)語

根據(jù)目前情況，OLED顯示技術對比傳統(tǒng)LCD顯示技術有著顯著優(yōu)勢，未來發(fā)展前景及應用領域更加廣闊，發(fā)展空間巨大，但部分技術難點尚需攻關解決。OLED顯示技術的普及所帶動的其他零件及技術也有較大發(fā)展空間。

參考文獻

[1] .OLED? ? [EB/OL].http：//www.cischem.com/classify/ocd/ocd_20081106_2_34.pdf，2008-11-6.

[2] .2019 / [EB/OL]. http：//file.mk.co.kr/imss/write/20181128114825__00.pdf， 2018-11-28.