OLED顯示技術與發展趨勢研究

翟東超

摘要：OLED顯示技術的出現打破了人們對顯示屏的固有認識，利用這項技術做出來的顯示產品可以輕薄易攜、色彩艷麗，產品外形上除了有常規的平面狀，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薄膜結構產生電致發光的器件，它很容易制作，而且只需要低的驅動電壓，這些主要的特征使得OLED在滿足平面顯示器的應用上顯得非常突出。OLED顯示屏比LCD更輕薄、亮度高、功耗低、響應快、清晰度高、柔性好、發光效率高，能滿足消費者對顯示技術的新需求。全球越來越多的顯示器廠家紛紛投入研發，大大的推動了OLED的產業化進程。基于此，文章就OLED顯示技術及其應用進行分析。

關鍵詞：OLED;顯示技術;應用

近年來，由三星引領了一場面板行業的外形革命，柔性屏的出現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驅動電路以及沉積OLED材料，最后使用TFE薄膜封裝技術達到隔絕水氧的目的。柔性屏的應用領域十分廣泛，隨著技術瓶頸的突破，良率將會得到進一步的提升。

值得一提的是，OLED的器件結構非常適合用于制作透明顯示屏，關于這方面的研究一直是行業內的熱點。OLED透明屏的應用前景廣闊，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的發光原理和彩色化方法

OLED器件的基本結構是在ITO陽極與金屬陰極之間夾一層有機發光層，形成像三明治一樣的夾心結構。當在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發光層中產生復合，同時釋放出能量，并將能量轉移給有機發光材料的分子，后者受到激發產生發光。

全彩化顯示應用是未來OLED技術的主要發展趨勢，OLED要獲得全彩主要以下有三種方法。一是采用紅、綠、藍三種有機發光材料制成三基色子像素，利用混色原理獲得彩色顯示。二是把藍光OLED發出的光利用熒光材料吸收后再轉換發出紅、綠、藍三基色光獲得全彩。三是沿用LCD全彩化的方法，只利用白光OLED發光，再使用彩色濾光片獲得三基色。

二、OLED顯示技術應用

相較于傳統顯示技術，OLED有很多優勢，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觀看，畫面也不失真;它的響應速度僅為LCD的1/1000;它耐低溫，在-40°左右的低溫中能夠照常顯示;發光效率高，能耗低，環保;柔性可彎曲，同時畫面顯示更清晰。

根據發光材料的不同，OLED器件可以分為有機小分子電致發光器件（SMOLED）和有機高分子電致發光器件（POLED）兩大類。小分子材料主要采用真空熱蒸發工藝，其供應商以日系廠商為主;高分子材料由于不耐高溫，因此主要采用旋轉涂覆或噴涂印刷工藝，其供應商以歐美廠商為主。目前小分子材料發展較早，其技術已經達到商業化生產水平。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成本，但目前該技術尚不成熟，POLED產品的彩色化上仍有困難。

基于性能上的眾多明顯優勢，OLED顯示屏比LCD的應用范圍更廣，可拓展到商業領域、消費電子領域、交通領域、工業控制領域、醫用領域等幾大板塊，而且隨著人們對OLED的不斷研究，在單個領域的應用也將不斷深入。

商業領域里，OLED中小尺寸屏主要可以作為POS機、ATM機、復印機、自動售貨機、游戲機、公用電話、加油站、打卡機、門禁系統、加油站等終端應用設備的顯示屏，它們輕薄、可彎曲、抗震耐摔的特性使其既美觀大方又結實耐用。大尺寸屏可作為大型會議室的商務宣傳屏，也可用做機場、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。

消費電子領域，OLED中小尺寸屏幕主要用作掌上游戲機、數碼相機、攝像機、音響設備、便攜式DVD、計算機、手機、電子書、PC、筆記本電腦等，大尺寸屏幕主要用作高清有機電視屏幕。

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

工業控制領域，隨著智能制造時代的到來，在工業制造領域，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用方向之一。

醫用領域，現代醫學診斷影像，手術屏幕實時監控等都離不開顯示屏幕，一般也以中小尺寸屏幕居多。

三、OLED的未來技術發展趨勢

目前，國內外企業都在對OLED技術發展難度進一步攻關，相信未來這些難點將會取得突破，基于當代全球OLED技術發展情況，前瞻產業研究院發布的《2016-2021年中國OLED產業市場預測與投資前景分析報告》認為，未來OLED技術發展趨勢如下。

（一）真正能發揮OLED技術優勢，仍以AMOLED應用為

主PMOLED在其元件的結構組成方面，較AMOLED更為簡單，具備大量生產壓低成本的制造優勢，也是OLED用于顯示應用最早量產的產品形態。PMOLED適用于移動電話的顯示屏幕應用，在訊息顯示量不高的小型面板應用尤其適合，量產成本也相對低許多。但在主應用產品越趨轉向高彩、大尺寸、快速顯示的應用方向時，PMOLED在技術條件明顯無法應付新需求。但真正能發揮OLED技術優勢，仍是AMOLED應用為主，尤其用于顯示器應用領域，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、生產。

（二）可撓式AMOLED得以應用

AMOLED由于結構具備可撓特性，因此也具備導入e-ink電子紙應用的條件，例如，Sony就開發出采用AMOLED構造的可撓式顯示器（Flexible Plastic Substrate），其制法是將AMOLED結構制作于塑料薄膜上，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OLED的原型開發，亞利桑那州立大學（Arizona State University;ASU）也開發出4寸大小的AMOLED顯示器，目前已具備QVGA顯示分辨率。由ASU發展的可撓設計原型使用杜邦Teijin熱穩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）發展節能光源OLED成為全球趨勢

OLED的材質特性，不只是讓顯示器廠商為之驚艷，OLED具備的自發光特性，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研發。

四、透明OLED顯示技術分析

（一）透明基板技術

我們首先考慮到的是對TFT電路進行重新排布，通過讓發光像素和電路緊湊排列來騰出透光的區域。另外，我們嘗試以四個像素為一組，只保留一個像素作為發光顯示區，其余三個像素為非顯示區，去除非顯示區的陽極、平坦層和像素定義層，由此方法得到的基板透明開口率達56%（。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一步提高基板的透過率。

（二）透明陰極技術

采用FMM（精細金屬掩膜版）對顯示區的像素區域蒸鍍陰極，非顯示區不蒸鍍陰極材料，再對顯示區的陰極進行搭接，可使產品透過率提升至42%。由于FMM價格昂貴，會給實際生產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90%以上的良導體，通過磁控濺射的方式將它沉積在有機薄膜表面充當陰極，可以在獲得良好透明性的同時減弱微腔效應帶來的視角色偏。考慮到濺射過程中產生的Plasma可能對OLED器件性能產生不良影響，研究人員使用PLD（脈沖激光沉積）技術實現了無損傷沉積ITO薄膜的效果。除了ITO以外，納米銀線、石墨烯、金屬網格等都是在透明性和導電性方面表現出眾的材料，它們的存在推動了透明面板的發展。

五、結束語

OLED顯示擁有其他傳統顯示技術無法比擬的優點，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品，相信它的出現會在消費市場掀起波瀾。當然，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、透明陰極技術的進一步完善，輔之以更多透明材料的出現，這些技術上的難題會逐一得到解決。

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