平板顯示技術比較及研究進展

李繼軍，聶曉夢，李根生，王安祥，張偉光，郎風超,楊連祥

(1.內蒙古工業大學 理學院，內蒙古 呼和浩特 010051；2.西安工程大學 理學院，陜西 西安 710048；3.北京信息科技大學 儀器科學與光電工程學院，北京 1001922；4.美國奧克蘭大學 機械工程系，美國 羅切斯特 48309)

1 引 言

誕生于上個世紀60年代的薄膜晶體管液晶顯示(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)技術[1-4]經過近30年的不斷發展和改良,于1991年由日本企業率先正式應用于商業化筆記本電腦, 逐步取代傳統的CRT 顯示產品,開創了平板顯示的新時代。TFT-LCD具有色彩逼真、畫質清晰、輕薄節能等優點, 在許多領域都有著廣泛的應用[5-7]。除TFT-LCD外,平板顯示技術還包括有機發光二極管(Organic Light Emitting Diode,OLED)顯示[8-13]、量子點發光二極管(Quantum Dot Light Emitting Diode,QLED)顯示[14-17]、微發光二極管(Micro-LED)顯示[18-21]等新型顯示技術。OLED 技術的研究起源于美籍華裔科學家鄧青云教授。1979年， 鄧青云教授于在伊士曼柯達公司Rochester實驗室發現了OLED。直到1987年，鄧青云和Steven Van Slyke等人發明了以真空蒸鍍法制成的多層結構的高性能OLED器件后，關于OLED技術的研究才逐漸活躍起來。1997年,日本先鋒公司在全球率先推出了OLED車載顯示器，使OLED顯示屏首次進入商業化領域。近年來，OLED顯示技術逐漸發展成熟，OLED顯示產業正處于快速發展階段。膠體量子點的量子限域效應于上世紀80年代初由貝爾實驗室的Louis Brus博士和前蘇聯Yoffe研究所的Alexander Efros和Victor.I.Klimov博士發現。近年來, 隨著量子點制備技術的不斷提高, 量子點在顯示領域的應用得到了廣泛關注。采用量子點背光源技術, 可大幅提高LCD器件的色域和亮度,從而使LCD器件擁有更高的顯色性和色彩還原能力。但量子點背光源技術屬于光致發光, 仍然是依托于背光源的被動發光技術, 光利用率不高。QLED顯示作為電致發光的自發光顯示技術, 其在色彩純度、穩定性、發光效率及制造成本等方面較OLED顯示更具有優勢。Micro-LED顯示是LED顯示技術發展的必然趨勢。Micro-LED顯示技術已經發展了十幾年，世界上多個研究組在開展相關的研究工作。尤其在過去的5年里，Micro-LED顯示技術的研發進度明顯加快，開發基于micro LED的顯示器件已成為顯示行業的研究熱點之一。在2014年蘋果公司收購Micro LED屏公司LuxVue Technology之后，Micro-LED顯示技術已經陸續吸引了Sony、Goggle、Facebook及全球顯示器供應鏈多家企業的積極投入。Micro-LED顯示作為一種自發光顯示技術，具有更寬的色域、帶來更高的亮度、更低的功耗、更長的使用壽命、更強的耐用性和更好的環境穩定性，被認為是繼TFT-LCD和OLED顯示技術之后全新的頗具活力的顯示技術。

不同的平板顯示技術各有優點，也存在不足，對不同的平板顯示技術做一個比較和分析是十分必要的。本文將從結構、原理、性能及應用領域幾個方面對TFT-LCD OLED顯示、QLED顯示、Micro-LED顯示這幾種平板顯示技術做一比較, 并給出這幾種平板顯示技術的最新進展。

2 平板顯示結構及原理

2.1 TFT-LCD顯示的結構及原理

圖1 TFT-LCD的基本結構 Fig.1 Basic structure of TFT-LCD

典型的TFT-LCD顯示的基本結構如圖1所示，在上、下兩層玻璃基板之間夾一層液晶材料, 形成平行板電容器, 其中上玻璃基板貼有彩色濾光片,下玻璃基板則有薄膜晶體管鑲嵌于上[22]。上下兩塊偏光板的光學偏振方向互相垂直,即相位差為90°。背光模組用來提供均勻的背景光源。以不加電壓液晶面板為亮態(即常白態)為例, 背光源發射出來的非偏振光通過下偏光板成為線偏振光,下玻璃極板上的薄膜晶體管用來對每個像素位置施加電壓, 以控制液晶轉向。如果某個像素位置沒有電壓,由于晶體的旋光特性,該線偏振光的偏振方向將旋轉90°,正好與上偏光板的偏振方向相同,則光線順利通過,則該像素顯示狀態為亮。如果某個像素位置有電壓,該像素區域的液晶的旋光特性將消失,通過液晶的光線的偏振狀態不變,因此光線無法通過上偏光板,則該像素顯示狀態為暗。此外，因為上層玻璃基板與彩色濾光片貼合, 彩色濾光片使每個像素包含紅藍綠三原色,從而使其呈現出某一特定的顏色，這些不同顏色的像素呈現出來的就是面板前端的圖像。

2.2 OLED顯示的結構及原理

圖2 AMOLED顯示的基本結構 Fig.2 Basic structure of OLED display

OLED顯示屬于自發光顯示技術，典型的有源矩陣有機發光二極管 (Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)顯示的基本結構如圖2所示。在玻璃基板上通過噴墨打印、有機氣相沉積或真空熱蒸發等工藝，形成陽極、空穴傳輸層、有機發光層、電子傳輸層和陰極. 當對OLED器件施加電壓時, 金屬陰極產生電子，ITO陽極產生空穴，在電場力的作用下，電子穿過電子傳輸層，空穴穿過空穴傳輸層，二者在有機發光層相遇, 電子和空穴分別帶正電和負電，它們相互吸引，在吸引力(庫侖力)的作用下被束縛在一起，形成了激子。 激子激發發光分子，使得發光分子的能量提高，處于激發狀態，而處于激發狀態的分子是不穩定的，它想回到穩定狀態，在極短的時間內，它放出能量回到穩定狀態，而放出的能量就以光子的形式發出。由于ITO陽極是透明的，所以可看到發出的光。不同的有機發光材料發出不同顏色的光，依配方不同, 可產生紅，綠，藍三原色，構成基本色彩。AMOLED的每個像素都配備具有開關功能的低溫多晶硅薄膜晶體管(Low Temperature Poly-Si Thin Film Transistor,LTP-Si TFT)，通過TFT開關控制電流大小來改變器件發光亮度，從而實現對每個像素點的精確控制。每個OLED顯示單元(像素點)都能產生3種不同顏色的光 , 從而可實現彩色顯示[23]。

2.3 QLED顯示的結構及原理

圖3 QOLED顯示的基本結構 Fig.3 Basic structure of QLED display

QLED顯示屬于自發光顯示技術, 其基本結構如圖3所示，與OLED技術非常相似, 由玻璃基板、陽極、空穴傳輸層、量子點發光層、電子傳輸層、陰極等組成[24]。量子點是一種無機半導體納米晶體, 其晶粒直徑在2～10 nm之間。量子點的光電特性很獨特, 當受到光或電的刺激，量子點便會發出色純度非常高的高質量單色光，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定。量子點層夾在電子傳輸和空穴傳輸有機材料層之間，外加電場使電子和空穴移動到量子點層中，它們在這里被捕獲到量子點層并且重組，從而發射光子。通過控制無機物成分和顆粒尺寸等性狀來顯示不同的顏色，從而實現畫面顯示功能的一種應用。

2.4 Micro-LED顯示的結構及原理

Micro-LED顯示屬于自發光顯示技術。如圖4所示,Micro-LED?顯示的結構是微型化LED陣列，也就是將LED結構設計進行薄膜化、微小化以及陣列化后，然后將Micro-LED巨量轉移到電路基板上，再利用物理沉積技術生成上電極及保護層，形成微小間距的LED[25]。Micro-LED的尺寸僅在1～10 μm等級左右, 是目前主流LED大小的1%, 每一個Micro-LED可視為一個像素, 同時它還能夠實現對每個像素的定址控制、單獨驅動發光自發光。Micro-LED的典型結構是一個PN結面接觸型二極管，由直接能隙半導體材料構成, 當對Micro-LED施加正向偏壓，致使電流通過時，電子、空穴對于主動區復合，發出單色光。Micro-LED陣列經由垂直交錯的正、負柵狀電極連結每一顆Micro-LED的正、負極，通過過電極線的依序通電，以掃描方式點亮Micro-LED以顯示影像。

圖4 Micro-LED顯示的基本結構 Fig.4 Basic structure of Micro-LED display

3 平板顯示技術比較

3.1 平板顯示技術的結構及材料比較

表1給出了 LCD、OLED、QLED及Micro LED顯示技術的結構及材料比較，可以看出：

(1)結構方面，LCD器件屬于被動發光器件，需要背光源；利用液晶的光學各向異性特性對外照光進行調制，還需要偏光板；實現彩色顯示，還需要使用彩色濾光膜/片。因此LCD顯示器件結構復雜。而OLED、QLED、Micro-LED器件都屬于自發光器件，無需背光模組，沒有液晶層，也無需濾光片，這使得它們的結構更簡單，產品更輕薄。

(2)材料方面，LCD顯示的液晶材料具有良好的物化穩定性、適當的光學各向異性、較低的閾值電壓、較高的電壓保持率等優點，但液晶材料的粘滯系數較大，使得LCD顯示器件的響應時間較長。OLED顯示采用有機半導體發光材料, 具有自發光性、低耗電、高反應速率、全彩化及制程簡單等優點,但有機材料極易受到周圍水氣及氧氣的影響, 存在壽命較短和穩定性較差的固有缺陷。QLED顯示采用無機納米級的量子點材料作為發光材料, 由于無機物的受熱穩定性和化學穩定性等指標普遍要高于有機物，所以理論上，QLED的光源穩定性和壽命等關鍵指標要強于OLED。但電致發光QLED顯示的應用還處于實驗研究階段, 量子點材料還存在成本高、含有有毒重金屬、無法規?；a等問題。Micro-LED顯示的發光器件是固體化的微型LED燈珠，它承繼了無機LED的高功率、高亮度、高牢靠度及反應時刻快等特點，但是Micro-LED燈珠是一種正負電極性的微結構，不像OLED和QLED是一種單純材料，其產品在TFT基板上的遷移過程、移植工藝難度最高，工藝可靠性也最低。此外，由于技術瓶頸及工藝問題, Micro-LED晶粒的光效、波長的一致性、良率還未達到Micro-LED彩色化顯示的要求。

表1 不同平板顯示的結構及材料比較Tab.1 Comparison of structures and materials among the different flat panel display technologies

3.2 平板顯示技術的性能比較

表2給出了LCD、OLED、QLED及Micro-LED顯示技術的性能比較,可以看出:

(1)由于LCD顯示的技術最為成熟，使得LCD顯示在成本、壽命方面明顯優于其它平板顯示。但由于LCD顯示需要背光源入射光通過液晶，配向膜等結構，使得輸出光線具有一定的方向性，導致LCD顯示存在可視角度小，響應速度慢，顯示動態畫面時有拖尾現象。此外，LCD顯示器件的結構復雜，這導致其在厚度、功耗等方面不能做到很低，柔性化顯示也比較困難。

(2)由于OLED顯示屬于自發光器件，結構簡單，這使其在諸多性能方面都優于LCD技術，例如OLED的對比度是LCD的3～5倍，響應速度是LCD的上千倍，厚度是LCD的1/3，色彩范圍超過LCD技術40%，OLED顯示擁有完美的可視角度、更低功耗、更高亮度、更高的動態分辨率，還可實現柔性顯示。但由于OLED有機發光材料容易與環境中的水氧發生反應而使器件失效，這使得OLED產品的使用壽命比較低。此外，由于OLED顯示器件的 繁復，良率低下，也導致其 較高。但隨著OLED技術的不斷成熟和產量提升，OLED產品的壽命水平會不斷提升，生產成本也將會大幅降低。

(3)QLED顯示采用的無機納米級的量子點材料, 與OLED有機材料相比，具有壽命更長、成本更低、色域更廣、色彩更純、亮度更高等優勢。所以QLED顯示在峰值亮度、白場亮度、黑色亮度、動態對比度、NTSC色域等方面的畫質表現力都優于OLED顯示及LCD顯示。此外，自發光QLED顯示技術使用量子點材料直接發光而無需背光模組等，使得QLED產品結構簡單，更輕薄，更節能，還可實現彎曲顯示。從原理上看，QLED顯示在諸多性能上都優于OLED及LCD顯示，但QLED顯示目前仍處于技術研發階段，還存在可靠性低、藍色元件壽命不穩定、溶液制程研發困難等缺陷，真正的電致發光QLED顯示產品還未實現量產。

(4)Micro-LED顯示承繼了LED的特性，具有低功耗、高亮度、超高分辨率與色彩飽和度、反應速度快、功耗低、壽命較長、效率較高等優點。例如， Micro-LED產品的功耗僅為OLED的50%、 LCD的10%；Micro LED產品的亮度比OLED高30倍，分辨率是OLED的5倍多。 但Micro-LED顯示在磊晶設計、巨量轉移、全彩化等方面還存在許多技術瓶頸，使其生產成本遠高于現有顯示技術產品。此外，Micro-LED自身是剛性結構，也不利于制成柔性產品。

表2 不同平板顯示的性能比較Tab.2 Comparison of performance among the different flat panel display technologies

3.3 平板顯示的主要應用領域比較

表3給出了LCD、OLED、QLED、Micro LED顯示技術的主要應用領域,可以看出:

(1)LCD顯示經過多年的發展，技術成熟，成本較低，高中低端產品都有，能夠實現從1英寸到100英寸之間各種尺寸的顯示，其應用已經廣泛應用到車載顯示、數碼相機、智能手機、IT顯示、電視產品、醫療器械顯示、商用顯示等各個領域之中。

表3 不同平板顯示的主要應用領域比較Tab.3 Comparison of application fields among the different flat panel display technologies

(2)由于OLED顯示較LCD顯示有響應速度快、功耗低、重量輕、可柔性顯示等優點， OLED顯示在可穿戴設備、車載顯示、智能手機、平板電腦、電視、超大屏幕顯示、特種顯示等領域應用潛力巨大。此外，值得關注的是近年來虛擬現實(Virtual Reality,VR)市場發展迅速, OLED可以做到低余輝顯示，并且響應時間是LCD的千分之一, 而且具有響應時間短、視角廣、輕薄的特點,可有效解決拖影、延遲問題,消除VR使用者的暈眩感, 減輕VR設備對頭部的負擔，大幅提升沉浸感, 使得OLED在VR領域應用廣泛。目前市場上主流VR設備如Gear VR、HTC Vive、Oculus Rift、Sony Play Station VR、Razer OSVR等均已采用OLED屏幕。但由于VR市場需求高于預期以及智能手機積極導入OLED面板， 目前VR產品所采用的OLED面板還存在供應量不足的問題。

(3)從理論上講， QLED顯示在色域、穩定性、壽命、制造成本等方面較OLED顯示更具優勢，但目前電致發光QLED顯示技術還處于起步階段,許多技術問題還有待突破,離商用化應用至少需要5年以上。一旦電致發光QLED技術取得突破并能夠實現量產，它將會在微顯示、小屏、中屏、大屏、超大屏幕顯示的各個領域的應用中占據重要位置。

(4)由于Micro-LED顯示的良好性能，其在穿戴設備、車載顯示、手機、電視等領域具有廣闊的應用前景。但由于技術難度大、成本高，Micro-LED顯示將首先應用在高端的超大屏幕室內外顯示和小尺寸的智能型手表、手環等可穿戴式裝置。

4 平板顯示技術新進展

4.1 LCD顯示技術新進展

4.1.1 量子點背光源技術

量子點背光源技術利用量子點的發光特性，通過綠色、紅色量子點將藍色LED光轉化為高飽和度的綠光和紅光，并同其余未被轉換的藍光混合得到白光等各種顏色，在屏幕上顯示寬廣色域的顏色[26-27]。量子點背光源相比普通LED背光具有更高純度的三基色，通過調整量子點材料大小分布，可獲得更真實、更均衡的色彩表現[28-29]。目前主要有兩種方法將量子點封裝進LCD顯示器。第一種封裝方法On-surface是將量子點嵌入兩層氧氣阻隔薄膜中，再將量子點薄膜貼附在整個液晶面板導光膜的上方、彩色濾光片的下方。這種方法的技術最為成熟, 但消耗的量子點材料較多會使成本增加, 而且量子點薄膜也會增加面板厚度,。目前主要是3M和Nanosys的QDEF技術以及Nanoco的CFQD技術采用這種封裝方法[30]。第二種封裝方法On-edge是與背光系統結合，在側邊背光與面板之間加入一條含有量子點的長條機構。該方法消耗的量子點較少，但放入側邊背光模組，溫度過高會導致量子點失效。目前主要是QD Vision的Color IQ技術采用這種封裝方法。為解決上述兩種封裝方法存在的問題,各家量子點制造商均朝量子點濾光片的方向邁進。2017年12月,量子點技術與產品提供者 Nanosys 與日本化學廠商 DIC 合作，將量子點以噴墨印刷方式制成薄膜，替代原始LCD 面板的彩色濾光片，可將亮度提升300%，提升能源效率的同時也擁有更廣的顯色色域范圍[31]。

鈣鈦礦量子點具有高效發光及窄半峰寬的特性, 而且成本低廉、工藝簡單, 是一類極具成長潛力的新型顯示材料, 近年來受到了學術界和工業界的廣泛關注。北京理工大學大學鐘海政教授課題組在鈣鈦礦量子點的LCD顯示背光技術方面開展了卓有成效的研究工作。 2015年3月，該課題組研究人員采用配體輔助再沉淀的方法成功合成出了CH3NH3PbX3( X=Br，I，Cl) 有機無機雜化鈣鈦礦量子點，材料的熒光量子產率達到了70%，經過優化之后已經超過90%[32]。在此基礎上, 將綠光鈣鈦礦量子點與一種紅光K2SiF6∶Mn4+熒光粉混合封裝在藍光LED 芯片結構中，最終得到的白光LED 器件的色域為130%NTSC[33-34]。2016年8月,該課題組發明了一種基于溶加工工藝的鈣鈦礦量子點光學膜的“原位制備技術”,將制備的大面積鈣鈦礦量子點光學膜集成到“光學膜集成型”的背光結構中， 獲得的背光源色域為124%NTSC，進一步地與液晶面板集成后得到的液晶顯示器樣機的最終色域為105%NTSC[35]。2018年2月，該課題組發展了氫溴酸輔助的常溫溶液降溫制備技術，并制備出厘米尺寸的熒光量子效率高達97%高效率綠色發光Cs4PbBr6單晶，利用該單晶材料、紅光K2SiF6∶Mn4+(KSF)熒光粉與藍光芯片集成，實現了流明效率151 lm/W、色域90.6% Rec. 2020的高顯色、高效率白光LED原型器件，這是目前面向液晶顯示背光應用的LED器件實驗室最優結果[36]。這些鈣鈦礦量子點光學膜及其制備技術具有很高的綜合性能表現，將為量子點LCD顯示背光技術的發展提供更加廣闊的空間。

近年來,三星、飛利浦、TCL等多家公司推出了基于量子點背光源技術的LCD顯示產品。三星從2011年就開始研究量子點背光源LCD顯示技術，并于2015年2月推出第一代SUHD量子點電視產品，2016年推出第二代量子點SUHD電視，2017年推出了第三代量子點SUHD電視產品。三星第三代量子點SUHD電視相比以往發布的量子點電視，在色彩方面有了很大提升，可以呈現DCI-P3色彩空間，首次實現對100%顯色體積進行還原，峰值亮度也高達1 500～2 000 nits。2015年6月飛利浦顯示器(MMD)與QD Vision共同發布了全球首款量子點LCD桌面276E6ADS。276E6ADS的大小為27英寸，采用了QD Vision公司的Color IQ量子點光學系統，色域覆蓋達到了99%Adobe RGB、100%sRGB，配合IPS-ADS面板，能夠提供比普通液晶屏更鮮艷的色彩和更逼真的圖像，畫面亮度、色彩純度也都優于普通的WLED背光系統，而且節能環保。TCL公司作為國內最早開始研究并推廣量子點背光源LCD顯示技術的企業及機構之一，于2014年率先推出了中國第一款量子點電視產品H9700，2016年推出第二代量子點電視X1S-CUD、C1-CUD及C2-CUDG，2017年又推出第三代量子點電視XESS X2、和X3。TCL第三代量子點電視在提升畫質的基礎的上降低了厚度，并通過技術改進實現成本控制，將量子點電視價格首次帶入主流價位段。

4.1.2 純色硬屏技術

純色硬屏技術是在廣色域背光燈和液晶模組之間添加一層納米顆粒， 這層納米顆粒是一種直徑在1 nm左右的均勻微型粒子，專門吸收背光源發出的雜光，提升紅綠藍三原色光的純度，進而能夠更加準確的表現畫面色彩，呈現真實畫面。由于純色硬屏技術中的納米顆粒比量子點背光源技術中的量子點更小, 所以可產生更精細更準確的色彩。 此外， 純色硬屏技術可以增強離軸時的色彩一致性，消除由于觀看角度改變而產生的色彩失真。傳統屏幕的可視角度在大于30°時色差會非常明顯，而純色硬屏在可視角度達到60°的時候，依然沒有色差，保持100%高色域，形成最逼真的圖像。純色硬屏技術作為目前最先進的液晶改良技術,已吸引了眾多廠商的投資研發。 2017年,LG、創維等公司都推出了搭載純色硬屏技術的液晶顯示產品, 其在圖像峰值亮度、黑色暗度、對比度、鮮艷度、真實度、細節還原等屬性上，均高于其它液晶顯示產品[37-38]。

4.1.3 藍相液晶技術

2017年2月，美國University of Central Florida的 Shin-Tson Wu教授的研究團隊與液晶制造商日本JNC和顯示器制造商臺灣友達光電公司合作研發的新一代藍相液晶技術獲得成功, 使這種先進技術進一步接近量產階段[39]。盡管第一個藍相液晶原型在2008年由三星展示，但由于高工作電壓和電容充電時間較長等問題，該技術未能進入生產階段[40-41]。而新一代藍相液晶技術成功解決了上述問題，它具有超精細顯示能力，像素密度高達1 500 ppi，是目前蘋果Retina屏幕的三倍;其顏色切換速度是普通液晶屏幕的10倍，響應速度低于1 ms,色彩更加鮮艷, 還可以同時可以降低屏幕所需功耗。目前，臺灣友達光電公司已經在適用于這項技術的電極結構上有所突破，預計將在2018年生產出可裝配在原型設備上的藍相LCD屏幕。

4.1.4 柔性LCD

2016年12月,日本Tohoku University的Hideo Fujikake和Takahiro Ishinabe為主導的研究團隊,利用厚度僅幾微米的塑料薄膜取代傳統既厚且堅硬的玻璃基板，開發出一種超級柔軟的液晶顯示面板，屏幕大小為5.5英寸， 即使進行曲率半徑達3 mm的抗卷性測試，也能保持這種元件的均勻度，因而適合可卷曲與可摺疊的應用[42]。2016年12月,英國FlexEnable公司,基于塑料基板，采用有機晶體管驅動背板，成功開發了12.1英寸柔性有機液晶顯示器。對比傳統的玻璃基板的顯示器，厚度小于其四分之一(小于0.3 mm)，重量不到其十分之一。這項柔性有機LCD技術與現有的TFT-LCD生產線兼容，并且易于實現更大尺寸的顯示[43]。2017年7月,FlexEnable與中國信利半導體有限公司 (Truly Semiconductors)簽署了一份技術轉讓與許可協議,計劃在2018年將FlexEnable的柔性有機液晶顯示技術應用于信利公司生產線的大批量生產中[44]。2017年1月,日本顯示公司(Japan Display incorporated,JDI)在新研發的薄膜基板的基礎上,進一步通過改進LCD成盒工藝及采用最新的最新的低溫氧化物半導體(Low Temperature Oxide Semiconductor,LTOS)TFT技術,成功研發出一種5.5英寸柔性液晶顯示面板FULL ACTIVETM FLEX,并計劃在2018年開始量產Full Active Flex面板[45]。

4.2 OLED顯示技術新進展

4.2.1 柔性OLED顯示

2018年1月，LG Display首次推出了了65英寸卷軸式超高清OLED 電視。這款產品擁有3 840×2 160的超高清分辨率，在不用的時候可直接卷成一卷，從而方便攜帶和安裝，是罕有的可以充分卷曲的大尺寸顯示產品[46]。2018年2月,三星官方宣布今年將會推出全球首款商用的可折疊屏幕手機Galaxy X。Galaxy X采用三星自研的柔性的4K分辨率OLED屏幕，其彎曲系數為1.0R，用戶可以直接把屏幕進行彎曲、折疊，甚至可以調整到任意角度。這款產品屏幕尺寸將達到7.3英寸，但通過折疊可以分為5英寸的小屏，具有極高的便攜性。

我國的京東方、維信諾、天馬、和輝光電、華星光電、信利、柔宇等企業等多家新型顯示企業通過持續的技術創新，在柔性OLED顯示的多個關鍵技術方向上，也取得豐碩成果。京東方目前已經擁有折疊顯示、腕帶顯示、雙邊固定曲率顯示等多款柔性AMOLED產品，為智能顯示終端的創新釋放無限潛能[47]。維信諾先后推出全球首款3毫米彎曲半徑下可全屏卷曲柔性AMOLED顯示屏、全球首款3毫米彎曲半徑180度對折柔性AMOLED顯示屏模組、全球首款任意折疊柔性屏模組，為柔性顯示提示了新的應用方向，為行業柔性技術發展樹立了標桿[48]。維信諾也是我國唯一一家主導制定柔性顯示國際標準的中國企業。 到目前為止，維信諾已經主導制定了 《 IEC 62715-6-2柔性顯示器件環境試驗方法》及《IEC62715-6-3-柔性顯示器件機械耐久性測試方法》2項柔性顯示國際標準,為中國新型顯示企業的發展爭取國際話語權的同時，也推動了國際柔性顯示技術的規范與發展[49]。2017年10月，我國首條也是全球第二條第6代柔性AMOLED生產線“BOE(京東方)成都第6代柔性AMOLED生產線” 實現了提前量產,打破了韓國企業在這一領域的壟斷,對中國OLED產業和全球柔性顯示產業加速發展具有劃時代意義[50]。此外，京東方綿陽第6代柔性AMOLED生產線、維信諾支持建設的河北云谷(固安)第6代柔性AMOLED生產線、華星光電第6代柔性AMOLED生產線等都在建設中。2018年～2020年,我國柔性AMOLED產能會逐步釋放，會在很大程度上解決華為、中興、OPPO、VIVO、小米等國內終端廠商度對柔性AMOLED顯示屏的需求。

4.2.2 OLED全面屏

2017年9月，蘋果公司推出了采用OLED全面屏的iPhone X手機。iPhone X利用柔性OLED顯示、異形切割、Face ID人臉識別等技術，實現了超窄邊框屏幕設計, 使其前部只保留頂部的聽筒、自拍相機和傳感器，整機正面看起來就是一塊幾乎整面的屏幕，其屏占比達到了82.9%。iPhone X的OLED屏幕尺寸為5.8英寸,分辨率達到了超視網膜(Super Retina)級別的2 436×1 125像素，像素密度為458 ppi,對比度為1 000 000∶1，最大屏幕亮度達到了625尼特(cd/m2)[51]。蘋果推出了采用OLED全面屏的iPhone X的之后，OLED全面屏已經徹底被引爆，三星Note8、三星 Galaxy S8、 LG V30、索尼Xperia XZ Pro、Nokia10、華為Mate10 Pro、vivo X20、小米7、OPPO R11s等OLED全面屏手機已成為當前主要的旗艦機型，智能手機市場已經進入了全面屏的時代。

4.2.3 大尺寸OLED顯示

2018年1月,創維集團推出了77英寸的折疊分離式OLED電視W8。這款創維W8采用折疊分體式設計，也即OLED屏+Smart Bar，3.65 mm超薄OLED屏體吸附在鋼化玻璃背板上，用于電視成像、系統運算的電路主板、各類芯片以及音響等等原件都集成在屏體下方的Smart Bar內。此外，OLED屏每個像素點精準發出成像所需的光，不含對人眼有強刺激作用的有害藍光波段，可有效保護眼睛[52]。2018年1月，LGD成功研發出全球首款88英寸8K OLED電視面板，作為目前OLED電視面板中尺寸最大、分辨率最高的高端產品，再次證明并鞏固了LG在顯示行業的領導地位。面板像素點數量多達3 300萬，該面板的分辨率達到7 680×4 320，其分辨率是目前4K超高清(UHD)電視的4倍、 全高清(FHD)電視的16倍，可呈現極致逼真的清晰畫面[53]。目前，LG電子，索尼和松下三家廠商已從LG Display公司購買88英寸8K 的大尺寸OLED電視面板。

此外, 通過OLED曲面拼接屏還可實現超大屏幕顯示。2017年11月,由LGD開發的中國首個“OLED新視界”視覺互動體驗項目落戶廣州塔。廣州塔內的“OLED新視界”設有兩處OLED拼接超大屏幕：一是由75張形態各異的OLED面板拼接而成的被稱為“OLED波浪穹頂”的波浪形超級大屏幕，；二是由144張OLED面板組成的長為15米的全球最大規模的“OLED隧道”[54]。2018年1月,LGD公布了一條 “OLED峽谷”。 這個“OLED峽谷”有 28 m, 由 246 塊凹凸有致的LG Open Frame OLED 4K 超高清顯示屏組成，總像素超過了20 億。與傳統的大屏顯示產品相比，OLED曲面拼接屏不僅在外觀更為輕薄、多變，同時還可以根據復雜的設計需求組合顯示，這是液晶拼接、DLP拼接以及小間距LED都無法企及的[55]。

4.2.4 OLED產業鏈

OLED產業鏈包括上游的原材料生產及設備制造、中游的OLED面板制造和模組組裝、下游的顯示應用領域這3個環節, 產業鏈縱深較長，涉及到的產業和領域較多。目前是OLED產能和市場規模快速增長的時期，整個產業鏈將爆發性增長, 尤其上游材料上產與設備制造受益明顯。

OLED產業上游的原材料包括傳輸層材料、有機發光層材料、封裝材料、ITO玻璃、偏光板等。其中傳輸層材料和發光層材料與LCD中的材料不通用，屬于OLED的核心材料。電子傳輸層材料通常采用螢光染料化合物, 主要種類有Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等?？昭▊鬏攲硬牧贤ǔ榉枷惆肺灩饣衔?，主要種類有TPD、TDATA等有機材料。有機發光層材料使用通常與電子傳輸層或電洞傳輸層所采用的材料相同，例如Alq被廣泛用于綠光，Balq和DPVBi則被廣泛應用于藍光。OLED材料技術壁壘較高，市場競爭小，相對利潤率也高，其市場份額基本被韓國及日本企業所壟斷。目前中國企業主要從事有機發光材料中間體和單體粗品的生產，萬潤股份和濮陽惠成等一些企業已經形成規?；a, 進入全球OLED材料供應鏈。OLED材料在產品總成本中占比為30%左右，根據IHS的預測，2019年OLED材料市場規模將達到176 億美元。國內廠商有望分享行業發展所帶來的機會, 在有機發光材料方面存在彎道超車機會。

OLED生產設備按照制程工藝大致可分為前道背板類設備、中道蒸鍍與封裝類設備以及后道模組類設備等, 其中背板類設備在OLED設備投資中所占的比重最大,達到69%,蒸鍍與封裝類設備所占比重為17%,模組類設備所占比重為14%。前道背板工藝通過成膜,曝光,蝕刻疊加不同圖形不同材質的膜層以形成LTPS驅動電路，為發光器件提供點亮信號以及穩定的電源輸入。背板工藝流程中涉及的主要設備有光刻機、濕刻機、干刻機、PVD、CVD、TEOS CVD、HF清洗機、激光晶化機、離子注入機、快速熱退火機等。中道前板工藝通過高精度金屬掩膜板將有機發光材料以及陰極等材料蒸鍍在背板上，與驅動電路結合形成發光器件，再在無氧環境中進行封裝以起到保護作用。前板工藝流程中涉及到的主要設備有蒸鍍機、基板轉移設備、基板清洗設備、張緊機、固化機等。后道模組工藝將封裝完畢的面板切割成實際產品大小，之后再進行偏光片貼附、控制線路與芯片貼合等各項工藝，并進行老化測試以及產品包裝，最終呈現為客戶手中的產品。模組工藝流程中涉及到的主要設備有偏光片貼合機、ACF 貼附機、COG 邦定機、FOG 邦定機、OLB 邦定機等。此外,在OLED生產的各個工藝段都會涉及到檢測設備。OLED背板類設備、蒸鍍與封裝類設備基本被韓國和日本企業壟斷，中國企業缺乏相關的技術儲備, 很難進入。但在模組類設備上，聯得裝備、智云股份、正業科技、深科達、大族激光等國內企業有機會實現國產替代。另外，在檢測設備上，精測電子、天通股份等國內企業在前板工藝和模組工藝段可能實現國產替代。受益于OLED 需求量大增，預計未來三年OLED上游設備制造廠商將充分受益于行業的高增長。

此外,為應對OLED下游的需求爆發，中韓面板廠商積極擴產,日臺企業也紛紛參與到競爭中。國內廠商方面，京東方、深天馬、華星、和輝光電、信利等大陸廠商投資計劃總計已達2 880億元；國外廠商則由三星、LGD主導，2016年以來計劃投資額已經達到3 189億元。到2020年，三星仍繼續保持最高的市場占有率，中國國內總AMOLED產能將達到與三星同一水平。

4.3 QLED顯示技術新進展

4.3.1 電致發光QLED材料研發新進展

浙江大學彭笑剛教授研究組與金一政教授研究組合作,通過其基于低成本、有潛力應用于大規模生產的溶液工藝,制備出了無鎘及含鎘量子點試劑,性能穩定、一致性好,質量領先或達到同等水平[56-58]。由彭笑剛教授創立的杭州納晶科技有限公司在新型量子點材料的設計、合成方面處于全球領先地位。納晶科技正在浙江衢州建立生產基地，該基地建成后可以為客戶提供約1 500萬臺大尺寸量子點電視所需求的量子點材料。

2016年5月,美國著名的量子點材料初創公司Nanosys推出了名為“Hyperion”的量子點技術，把原來含鎘的發紅色光的量子點置換成不含鎘的發紅色光量子點，而發綠色光的量子點不變，仍為硒化鎘。這個技術方案以在性能上較小的代價換取其在鎘含量上的達標[59]。2017年11月,南通惟怡新材料科技有限公司引進的美國Pure Nanotech科技公司的專利技術并與其聯合開發成功的PureNano系列產品不但在鎘含量上達標，更在色彩還原能力和能耗上取得重大突破。這個技術由于克服了紅色量子點對520～550 nm的綠色光的二次吸收轉換，不但使鎘的含量大大低于100 ppm的RoHS國際標準，同時總體光轉換效率超過原含鎘量子點，明顯提升了使用這種技術的顯示器的能耗效率，降低了制造成本，并且色域覆蓋范圍比使用上一代的量子點膜更廣。

4.3.2 電致發光QLED顯示器件新進展

杭州納晶科技有限公司利用自身在量子點材料方面的獨特優勢，將QLED器件的電光轉化效率提高到了接近理論極限的水平，將使用亮度條件下的器件壽命推進到大于10萬小時的實用水平，從實驗上驗證了QLED器件實用性。2017年6月，該公司實現了噴墨打印法制備量子點電致發光QLED器件，未來的目標是加快產業化進程，實現QLED的整體產業布局。2017年10月，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室彭俊彪教授研究團隊，聯合廣州新視界光電科技有限公司研究開發了世界首款電致發光QLED墨水印刷顯示全彩樣品，該產品采用電致發光QLED材料、稀土摻雜氧化物TFT(Ln-IZO TFT)技術，解決了溶液加工型多層電致發光器件結構設計、界面互溶等科學問題，突破了新材料體系的氧化物 TFT 基板制備技術、表面特性調控技術、溶液法制備量子點薄膜技術、薄膜封裝技術等技術難點，實現了彩色圖像顯示[60-61]。2017年3月,京東方成功研制出5英寸主動式電致量子點發光顯示產品(AMQLED)，有別于LCD背光利用量子點材料來拓展色域的方式，該產品直接采用噴墨打印工藝制備電致量子點發光器件(QLED)實現全彩顯示，色域超過100%。此次京東方研制出電致發光QLED產品，雖然只有小小的5英寸，但卻顛覆了一直以來日韓廠商掌控核心技術的局面，核心技術的掌控也將助力京東方QLED產品新一輪的國際競爭中實現彎道超車[62]。印刷量子點電致發光顯示技術已被工業和信息化部列為國家重點發展的關鍵技術，同時也受到了國家“十三五”規劃的重點關注。在國家、企業、研發機構的合力之下，中國的電致發光QLED顯示技術，將有望率先在全球實現新的突破，成為領先全球的技術。

4.4 Micro LED顯示技術新進展

4.4.1 磊晶設計新進展

2017年4月，全球最大藍寶石晶圓供應商俄羅斯Monocrystal公司針對未來Micro-LED所需，發布了UltraClean等級的藍寶石磊晶晶圓，Monocrystal公司利用最新進的潔凈技術，將藍寶石晶圓表面1 μm以下的污染物清除到20～50個左右。UltraClean等級的藍寶石晶圓，在進行圖形化藍寶石晶圓基板制程時，就不須進行前段洗凈的作業工程，這可使圖形化藍寶石晶圓基板制程的良率提升到95%～99%，進而減少耗損以及降低成本[63]。2017年11月， Veeco公司和ALLOS Semiconductors公司達成合作，將Veeco領先的MOCVD專業技術和ALLOS的硅基氮化鎵外延晶片技術相結合,可生產出高質量的GaN晶圓，從而在現有的硅生產線上實現生產低成本的micro-LED[64]。

4.4.2 巨量轉移新進展

巨量轉移技術作為Micro-LED制程中最困難的關鍵制程,未來將以薄膜轉移的各種技術為主。五大薄膜轉移技術包含靜電吸附、范德瓦爾斯力轉印、雷射激光燒蝕、相變化轉移、流體裝配。轉移技術的選擇需視不同的應用產品而定，最主要是考量設備投資、產出量及加工成本、各廠家之制程能力及良率的控制等因素[65]。目前，全球已有多家廠商投入到巨量轉移技術的研發中，如 LuxVue、eLux、VueReal、X-Celeprint、法國研究機構 CEA-Leti、Sony 及沖電氣工業(OKI)；臺灣則有錼創、工研院、Mikro Mesa 及臺積電(2330-TW)。但考量每小時產出量、良率及晶粒大小(<100 μm)尚無法達到商品化的水準，廠家紛紛尋求晶粒大小約 150 μm 的“類 Micro LED”解決方案，預計2018年“類 Micro LED”顯示與投影模組產品將率先問世，待巨量轉移制程穩定后再朝向Micro LED規格產品邁進。

4.4.3 全彩化技術新進展

目前備受期待的是將全彩顯示屏制作方式縮小至Micro等級，其將R、G、B三色LED芯片進行排列及移轉，但三色LED電流設計截然不同、色彩易偏移是必須解決的首要難題。另一類作法是使用單一藍光LED芯片，搭配量子點材料或特殊熒光粉，達成全彩化顯示效果，但面臨的技術門檻包括熒光粉粒子體積較大，無法配合微型化LED芯片尺寸，而量子點的材料有使用壽命問題，因耐熱度偏低及快速衰竭，導致無法大量使用，業界初估透過量子點材料達成全彩化顯示，可能僅有數百小時的壽命。2015年，VerLASE Technologies提出Chromover波長變換技術, 該技術是在藍光LED芯片陣列上，采用將共振器腔面圍繞在半導體量子阱，進而能在同一材料晶圓上將薄膜變換層進行重疊，就能夠在薄膜激發藍光的時候，進行綠光和紅光的變換[66]。這一技術有望能夠取代目前利用熒光粉以及量子點來進行發光顏色改變的構想。由法國的Aledia以及瑞典的Glo等機構所共同開發的Micron(Nano)Wire LED芯片技術則是在晶圓上進行納米等級的柱狀立體加工制程，讓每根柱狀都形成發光層。這樣的立體加工制程所生產出來的LED，其發光亮度會比普通制程LED來的更高，并且能夠達到在同一個晶圓上，甚至于同一個芯片上能夠激發出多色彩的能力。近期， Google公司和Intel公司分別投資了瑞典Glo公司和法國Aledia公司,正積極布局Micro LED顯示[67]。

5 結束語

綜上所述，LCD顯示經過多年發展, 技術成熟,成本低廉，仍然在顯示市場占據著主流地位。OLED顯示技術的出現使顯示行業擺脫了傳統LCD的背光源, 開創了自發光顯示的未來發展方向。OLED顯示具有畫質優良、輕薄、功耗低、可柔性顯示等優點，將成為新一代顯示技術。雖然目前OLED顯示技術發展較快， 但與LCD顯示相比，其技術還不夠成熟，一些顯示優勢還只是理論或實驗室成果， OLED材料的穩定性以及封裝密閉性技術還有待提高，OLED成本還很高，尚待新的技術和材料突破。而LCD顯示正通過量子點背光技術、藍相液晶技術、純色硬屏技術、柔性顯示等技術創新來不斷提高其綜合性能，保持其主流地位。在相當一段時期內，LCD和OLED仍將還會共存于市場中，相互補充，激烈的競爭有望讓消費者以更低的價格獲得更好的顯示效果。QLED顯示和Micro-LED顯示這兩種自發光顯示技術, 在理論上較OLED顯示擁有更好的顏色表現、更久的工作壽命等優勢, 但目前還處在實驗室研究階段。在越來越多顯示企業及科研機構的共同推動下,QLED顯示和Micro-LED顯示技術在近年內將會有突破性進展。隨著5G網絡及工業4.0時代的到來, 互聯網+、物聯網、人工智能、虛擬現實及增強顯示等新技術的出現，對平板顯示提出了更高的要求，這必將推動平板顯示技術的快速發展和更加廣泛的應用。