OLED顯示技術概要及應用領域的發展趨勢

金成龍 李青

摘要：隨著顯示技術的不斷發展，消費者對更高畫質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光的自發光型有機材料，被譽為可替代傳統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，以薄膜形態制作而成，厚度薄，是可實現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濟方面的難點。

1.2 OLED的結構

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）相結合形成激子（Exciton），當激子恢復穩定狀態時以發光的形式釋放能量從而發光。

1.3 OLED的分類

OLED可根據發光材料的種類、發光方式、發光結構、驅動方式等可分為多種類型，一般以驅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實現快速增長。PMOLED是在顯示區域內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實現低壓驅動，且可實現大型化和高分辨率的優點[1]。PMOLED與AMOLED對比如表2所示。

1.5 OLED商用產品動向

使用OLED商用產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，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%。各大手機廠商已經開始調整庫存。

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

（1）通過高價戰略確保收益（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，與傳統的在非屏幕顯示區域指紋識別方式不同，是在屏幕顯示區域進行指紋識別的方式。目前為止FOD技術僅限在中國國內廠商使用，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，業界普遍認為未來FOD市場會有很大發展。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）智能手機市場發展減緩中各廠商之間的差異化戰略將會加劇。

根據調查機構HIS調查結果顯示，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），保持高速成長態勢，相關的COF Packaging技術搭配應用領域將更為廣闊。近期配套廠商為了體現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），Flexceed（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域進行指紋識別而非部分區域。

未來2年內預計大部分都會為Under Display方式，Under Display方式根據媒介種類可分為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從結構來看，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。In Display方式如同TSP（Touch Screen Panel）是將傳感器放置于顯示器內部的方式，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方式開發成功，業界普遍認為適配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，FOD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。若要實現折疊式，傳統的封裝工藝很有可能發生較大改變。其理由為，在折疊式顯示屏上如果封裝受損，會導致OLED有機層發生問題。因此封裝工藝要與傳統方式不同，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的涂料，不適用于折疊式顯示屏。

為此，三星或將導入可用于折疊式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）市場從傳統的Add on Type方式逐漸轉變成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部的內置型方式。結構特點有：（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建鋁制金屬網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構性缺點。

（1）ITO薄膜的高電阻不利于大型化。折疊式對比傳統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）銦礦主產地為中國，產量有限，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格。金屬網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EL（Electronic Luminescence）方式的QLED TV。三星公司目前所開發的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方式的優點是不僅在色彩還原度方面比傳統的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發光源，這是因為到目前為止藍色QD的研發速度進展緩慢。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，在制作實際產品中很難進行適用。所以現在所開發的QD-OLED是使用藍色OLED為發光源，在此基礎上配置CF與紅色/綠色QD材料來呈現顏色。

近期隨著三星公司對QD-OLED投資可能性的增加，業界普遍期待在19年下半年中會對原有LCD產線切換。當年確定切換OLED時出現了LCD產量減少的情況來看，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產線（G7，150K/月）時面板價格持續6個月實現增長（32英寸+30%/43英寸+59%/55英寸+25%）的情況來看，三星公司對LCD產線切換的投資是所有面板廠家所期待的部分。

3 結語

根據目前情況，OLED顯示技術對比傳統LCD顯示技術有著顯著優勢，未來發展前景及應用領域更加廣闊，發展空間巨大，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.