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有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)又稱為有機電雷射顯示、有機發光半導體。由美籍華裔教授鄧青雲(Ching W. Tang)於1979年在實驗室中發現。OLED顯示技術具有自發光、廣視角、幾乎無窮高的對比度、較低耗電、極高反應速度等優點。但是,作為高端顯示屏,價格上也會比液晶電視要貴。

基本信息

簡介

有機發光二極體(英文:OrganicLight-EmittingDiode,縮寫:OLED)又稱有機電激發光顯示(英文:OrganicElectroluminescenceDisplay,縮寫:OLED)、有機發光半導體,OLED技術最早於1950年代和1960年代由法國人和美國人研究,其後索尼、三星和LG等公司於21世紀開始量產,與薄膜電晶體液晶顯示器為不同類型的產品,前者具有自發光性、廣視角、高對比、低耗電、高反應速率、全彩化及製程簡單等優點,但相對的在大面板價格、技術選擇性、壽命、解析度、色彩還原方面便無法與後者匹敵,有機發光二極體顯示器可分單色、多彩及全彩等種類,而其中以全彩製作技術最為困難,有機發光二極體顯示器依驅動方式的不同又可分為被動式(PassiveMatrix,PMOLED)與主動式(ActiveMatrix,AMOLED)。

有機發光二極體可簡單分為有機發光二極體和聚合物發光二極體(polymerlight-emittingdiodes,PLED)兩種類型,目前均已開發出成熟產品。聚合物發光二極體相對於有機發光二極體的主要優勢是其柔性大面積顯示。但由於產品壽命問題,目前市面上的產品仍以有機發光二極體為主要套用。

發展歷史

OLEDOLED

1947年出生於香港的美籍華裔教授鄧青雲在實驗室中發現了有機發光二極體,也就是OLED,由此展開了對OLED的研究,1987年,鄧青雲教授和VanSlyke採用了超薄膜技術,用透明導電膜作陽極,Al2O3作發光層,三芳胺作空穴傳輸層,Mg/Ag合金作陰極,製成了雙層有機電致發光器件。1990年,Burroughes等人發現了以共軛高分子PPV為發光層的OLED,從此在全世界範圍內掀起了OLED研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“OLED之父”。

在OLED的兩大技術體系中,低分子OLED技術主要集中於日本、韓國、中國台灣這三個地區,而高分子的PLED主要為歐洲廠家發展。另外,之前LG手機的OEL也是利用的PLED技術。PLED技術及專利由英國的科技公司CDT掌握。兩大技術體系相比,PLED產品的彩色化上仍有困難。而低分子OLED則較易彩色化。

不過,雖然將來技術更優秀的OLED會取代TFT等LCD,但有機發光顯示技術還存在使用壽命短、螢幕大型化難等缺陷。

為了形像說明OLED構造,可以將每個OLED單元比做一塊漢堡包,發光材料就是夾在中間的蔬菜。每個OLED的顯示單元都能受控制地產生三種不同顏色的光。OLED與LCD一樣,也有主動式和被動式之分。被動方式下由行列地址選中的單元主動發光。主動方式下,OLED單元後有一個薄膜電晶體(TFT),發光單元在TFT驅動下點亮。主動式OLED比被動式OLED省電,且顯示性能更佳。

產品特性

OLED是繼LCD以後新一代平板顯示技術,相對LCD顯示,OLED顯示技術具備省電、輕薄、可視角度大、柔性等優點。

OLED顯示技術具有自發光的特性,採用非常薄的有機材料塗層和玻璃基板,當有電流通過時,這些有機材料就會發光,而且OLED顯示螢幕可視角度大,並且能夠節省電能,從2003年開始這種顯示設備在MP3播放器上得到了套用。

以OLED使用的有機發光材料來看,一是以染料及顏料為材料的小分子器件系統,另一則以共軛性高分子為材料的高分子器件系統。同時由於有機電致發光器件具有發光二極體整流與發光的特性,因此小分子有機電致發光器件亦被稱為OLED(OrganicLightEmittingDiode),高分子有機電致發光器件則被稱為PLED(PolymerLight-emittingDiode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可說是各有千秋,但以現有技術發展來看,如作為監視器的信賴性上,及電氣特性、生產安定性上來看,小分子OLED處於領先地位,當前投入量產的OLED組件,全是使用小分子有機發光材料。

值得注意的是,在螢幕結構上,又有軟屏OLED與硬屏OLED之分,主要區別在於:在材料方面,硬屏OLED採用玻璃材質的偏光片和TFT基板,而在軟屏OLED顯示屏中,偏光片、TFT基板皆採用柔性材質;在運用方面,軟屏可以做摺疊,硬屏做不了摺疊。

產品構成

結構

OLEDOLED

OLED的基本結構是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO),與電力之正極相連,再加上另一個金屬陰極,包成如三明治的結構。整個結構層中包括了:空穴傳輸層(HTL)、發光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當電力供應至適當電壓時,正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合,產生光亮,依其配方不同產生紅、綠和藍RGB三原色,構成基本色彩。OLED的特性是自己發光,不像TFTLCD需要背光,因此可視度和亮度均高,其次是電壓需求低且省電效率高,加上反應快、重量輕、厚度薄,構造簡單,成本低等,被視為21世紀最具前途的產品之一。

有機發光二極體的發光原理和無機發光二極體相似。當元件受到直流電(DirectCurrent;DC)所衍生的順向偏壓時,外加之電壓能量將驅動電子(Electron)與空穴(Hole)分別由陰極與陽極注入元件,當兩者在傳導中相遇、結合,即形成所謂的電子-空穴複合(Electron-HoleCapture)。而當化學分子受到外來能量激發後,若電子自鏇(ElectronSpin)和基態電子成對,則為單重態(Singlet),其所釋放的光為所謂的螢光(Fluorescence);反之,若激發態電子和基態電子自鏇不成對且平行,則稱為三重態(Triplet),其所釋放的光為所謂的磷光(Phosphorescence)。

當電子的狀態位置由激態高能階回到穩態低能階時,其能量將分別以光子(LightEmission)或熱能(HeatDissipation)的方式放出,其中光子的部分可被利用當做顯示功能;然有機螢光材料在室溫下並無法觀測到三重態的磷光,故PM-OLED元件發光效率之理論極限值僅25%。

PM-OLED發光原理是利用材料能階差,將釋放出來的能量轉換成光子,所以我們可以選擇適當的材料當做發光層或是在發光層中摻雜染料以得到我們所需要的發光顏色。此外,一般電子與電洞的結合反應均在數十納秒(ns)內,故PM-OLED的應答速度非常快。

S.:PM-OLED的典型結構。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO(indiumtinoxide;銦錫氧化物)陽極(Anode)、有機發光層(EmittingMaterialLayer)與陰極(Cathode)等所組成,其中,薄而透明的ITO陽極與金屬陰極如同三明治般地將有機發光層包夾其中,當電壓注入陽極的空穴(Hole)與陰極來的電子(Electron)在有機發光層結合時,激發有機材料而發光。

而發光效率較佳、普遍被使用的多層PM-OLED結構,除玻璃基板、陰陽電極與有機發光層外,尚需製作空穴注入層(HoleInjectLayer;HIL)、空穴傳輸層(HoleTransportLayer;HTL)、電子傳輸層(ElectronTransportLayer;ETL)與電子注入層(ElectronInjectLayer;EIL)等結構,且各傳輸層與電極之間需設定絕緣層,因此熱蒸鍍(Evaporate)加工難度相對提高,製作過程亦變得複雜。

由於有機材料及金屬對氧氣及水氣相當敏感,製作完成後,需經過封裝保護處理。PM-OLED雖需由數層有機薄膜組成,然有機薄膜層厚度約僅1,000~1,500A°(0.10~0.15um),整個顯示板(Panel)在封裝加乾燥劑(Desiccant)後總厚度不及200um(0.2mm),具輕薄之優勢。

材料

OLEDOLED

有機材料的特性深深地影響元件之光電特性表現。在陽極材料的選擇上,材料本身必需是具高功函式(Highworkfunction)與可透光性,所以具有4.5eV-5.3eV的高功函式、性質穩定且透光的ITO透明導電膜,便被廣泛套用於陽極。在陰極部分,為了增加元件的發光效率,電子與電洞的注入通常需要低功函式(Lowworkfunction)的Ag、Al、Ca、In、Li與Mg等金屬,或低功函式的複合金屬來製作陰極(例如:Mg-Ag鎂銀)。

適合傳遞電子的有機材料不一定適合傳遞空穴,所以有機發光二極體的電子傳輸層和空穴傳輸層必須選用不同的有機材料。目前最常被用來製作電子傳輸層的材料必須制膜安定性高、熱穩定且電子傳輸性佳,一般通常採用螢光染料化合物。如Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等。而空穴傳輸層的材料屬於一種芳香胺螢光化合物,如TPD、TDATA等有機材料。

有機發光層的材料須具備固態下有較強螢光、載子傳輸性能好、熱穩定性和化學穩定性佳、量子效率高且能夠真空蒸鍍的特性,一般有機發光層的材料使用通常與電子傳輸層或電洞傳輸層所採用的材料相同,例如Alq被廣泛用於綠光,Balq和DPVBi則被廣泛套用於藍光。

一般而言,OLED可按發光材料分為兩種:小分子OLED和高分子OLED(也可稱為PLED)。小分子OLED和高分子OLED的差異主要表現在器件的製備工藝不同:小分子器件主要採用真空熱蒸發工藝,高分子器件則採用鏇轉塗覆或噴塗印刷工藝。小分子材料廠商主要有:Eastman、Kodak、出光興產、東洋INK製造、三菱化學等;高分子材料廠商主要有:CDT、Covin、DowChemical、住友化學等。國際上與OLED有關的專利已經超過1400份,其中最基本的專利有三項。小分子OLED的基本專利由美國Kodak公司擁有,高分子OLED的專利由英國的CDT(CambridgeDisPlayTechnology)和美國的Uniax公司擁有。

工藝

氧化銦錫(ITO)基板前處理

(1) ITO表面平整度:ITO已廣泛套用在商業化的顯示器面板製造,其具有高透射率、低電阻率及高功函式等優點。一般而言,利用射頻濺鍍法(RFsputtering)所製造的ITO,易受工藝控制因素不良而導致表面不平整,進而產生表面的尖端物質或突起物。另外高溫鍛燒及再結晶的過程亦會產生表面約10~30nm的突起層。這些不平整層的細粒之間所形成的路徑會提供空穴直接射向陰極的機會,而這些錯綜複雜的路徑會使漏電流增加。一般有三個方法可以解決這表面層的影響?U一是增加空穴注入層及空穴傳輸層的厚度以降低漏電流,此方法多用於PLED及空穴層較厚的OLED(~200nm)。二是將ITO玻璃再處理,使表面光滑。三是使用其它鍍膜方法使表面平整度更好。

(2) ITO功函式的增加:當空穴由ITO注入HIL時,過大的位能差會產生蕭基能障,使得空穴不易注入,因此如何降低ITO/HIL接口的位能差則成為ITO前處理的重點。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度,以達到增加功函式之目的。ITO經O2-Plasma處理後功函式可由原先之4.8eV提升至5.2eV,與HIL的功函式已非常接近。

加入輔助電極,由於OLED為電流驅動組件,當外部線路過長或過細時,於外部電路將會造成嚴重之電壓梯度,使真正落於OLED組件之電壓下降,導致面板發光強度減少。由於ITO電阻過大(10ohm/square),易造成不必要之外部功率消耗,增加一輔助電極以降低電壓梯度成了增加發光效率、減少驅動電壓的捷徑。鉻(Cr:Chromium)金屬是最常被用作輔助電極的材料,它具有對環境因子穩定性佳及對蝕刻液有較大的選擇性等優點。然而它的電阻值在膜層為100nm時為2ohm/square,在某些套用時仍屬過大,因此在相同厚度時擁有較低電阻值的鋁(Al:Aluminum)金屬(0.2ohm/square)則成為輔助電極另一較佳選擇。但是,鋁金屬的高活性也使其有信賴性方面之問題因此,多疊層之輔助金屬則被提出,如:Cr/Al/Cr或Mo/Al/Mo,然而此類工藝增加複雜度及成本,故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點之一。

陰極工藝

在高解析的OLED面板中,將細微的陰極與陰極之間隔離,一般所用的方法為蘑菇構型法(Mushroomstructureapproach),此工藝類似印刷技術的負光阻顯影技術。在負光阻顯影過程中,許多工藝上的變異因子會影響陰極的品質及良率。例如,體電阻、介電常數、高解析度、高Tg、低臨界維度(CD)的損失以及與ITO或其它有機層適當的黏著接口等。

封裝

⑴ 吸水材料:一般OLED的生命周期易受周圍水氣與氧氣所影響而降低。水氣來源主要分為兩種:一是經由外在環境滲透進入組件內,另一種是在OLED工藝中被每一層物質所吸收的水氣。為了減少水氣進入組件或排除由工藝中所吸附的水氣,一般最常使用的物質為吸水材(Desiccant)。Desiccant可以利用化學吸附或物理吸附的方式捕捉自由移動的水分子,以達到去除組件內水氣的目的。

⑵ 工藝及設備開發:封裝工藝之流程,為了將Desiccant置於蓋板及順利將蓋板與基板黏合,需在真空環境或將腔體充入不活潑氣體下進行,例如氮氣。值得注意的是,如何讓蓋板與基板這兩部分工藝銜接更有效率、減少封裝工藝成本以及減少封裝時間以達最佳量產速率,已儼然成為封裝工藝及設備技術發展的3大主要目標。

彩色化技術

OLEDOLED

顯示器全彩色是檢驗顯示器是否在市場上具有競爭力的重要標誌,因此許多全彩色化技術也套用到了OLED顯示器上,按面板的類型通常有下面三種:RGB像素獨立發光,光色轉換(ColorConversion)和彩色濾光膜(ColorFilter)。

RGB象素獨立發光

利用發光材料獨立發光是目前採用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD象素對位技術,首先製備紅、綠、藍三基色發光中心,然後調節三種顏色組合的混色比,產生真彩色,使三色OLED元件獨立發光構成一個像素。該項技術的關鍵在於提高發光材料的色純度和發光效率,同時金屬蔭罩刻蝕技術也至關重要。

有機小分子發光材料AlQ3是很好的綠光發光小分子材料,它的綠光色純度,發光效率和穩定性都很好。但OLED最好的紅光發光小分子材料的發光效率只有31mW,壽命1萬小時,藍色發光小分子材料的發展也是很慢和很困難的。有機小分子發光材料面臨的最大瓶頸在於紅色和藍色材料的純度、效率與壽命。但人們通過給主體發光材料摻雜,已得到了色純度、發光效率和穩定性都比較好的藍光和紅光。

高分子發光材料的優點是可以通過化學修飾調節其發光波長,現已得到了從藍到綠到紅的覆蓋整個可見光範圍的各種顏色,但其壽命只有小分子發光材料的十分之一,所以對高分子聚合物,發光材料的發光效率和壽命都有待提高。不斷地開發出性能優良的發光材料應該是材料開發工作者的一項艱巨而長期的課題。

隨著OLED顯示器的彩色化、高解析度和大面積化,金屬蔭罩刻蝕技術直接影響著顯示板畫面的質量,所以對金屬蔭罩圖形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

光色轉換 光色轉換是以藍光OLED結合光色轉換

膜陣列,首先製備發藍光OLED的器件,然後利用其藍光激發光色轉換材料得到紅光和綠光,從而獲得全彩色。該項技術的關鍵在於提高光色轉換材料的色純度及效率。這種技術不需要金屬蔭罩對位技術,只需蒸鍍藍光OLED元件,是未來大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術之一。但它的缺點是光色轉換材料容易吸收環境中的藍光,造成圖像對比度下降,同時光導也會造成畫面質量降低的問題。掌握此技術的日本出光興產公司已生產出10英寸的OLED顯示器。

彩色濾光膜

此種技術是利用白光OLED結合彩色濾光膜,首先製備發白光OLED的器件,然後通過彩色濾光膜得到三基色,再組合三基色實現彩色顯示。該項技術的關鍵在於獲得高效率和高純度的白光。它的製作過程不需要金屬蔭罩對位技術,可採用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜製作技術。所以是未來大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術之一,但採用此技術使透過彩色濾光膜所造成光損失高達三分之二。日本TDK公司和美國Kodak公司採用這種方法製作OLED顯示器。

RGB像素獨立發光,光色轉換和彩色濾光膜三種製造OLED顯示器全彩色化技術,各有優缺點。可根據工藝結構及有機材料決定。

驅動方式

OLEDOLED

OLED的驅動方式分為主動式驅動(有源驅動)和被動式驅動(無源驅動)。

無源驅動(PMOLED)

其分為靜態驅動電路和動態驅動電路。

⑴ 靜態驅動方式:在靜態驅動的有機發光顯示器件上,一般各有機電致發光像素的陰極是連在一起引出的,各像素的陽極是分立引出的,這就是共陰的連線方式。若要一個像素髮光只要讓恆流源的電壓與陰極的電壓之差大於像素髮光值的前提下,像素將在恆流源的驅動下發光,若要一個像素不發光就將它的陽極接在一個負電壓上,就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時可能出現交叉效應,為了避免我們必須採用交流的形式。靜態驅動電路一般用於段式顯示屏的驅動上。

⑵ 動態驅動方式:在動態驅動的有機發光顯示器件上人們把像素的兩個電極做成了矩陣型結構,即水平一組顯示像素的同一性質的電極是共用的,縱向一組顯示像素的相同性質的另一電極是共用的。如果像素可分為N行和M列,就可有N個行電極和M個列電極。行和列分別對應發光像素的兩個電極。即陰極和陽極。在實際電路驅動的過程中,要逐行點亮或者要逐列點亮像素,通常採用逐行掃描的方式,行掃描,列電極為數據電極。實現方式是:循環地給每行電極施加脈衝,同時所有列電極給出該行像素的驅動電流脈衝,從而實現一行所有像素的顯示。該行不再同一行或同一列的像素就加上反向電壓使其不顯示,以避免“交叉效應”,這種掃描是逐行順序進行的,掃描所有行所需時間叫做幀周期。

在一幀中每一行的選擇時間是均等的。假設一幀的掃描行數為N,掃描一幀的時間為1,那么一行所占有的選擇時間為一幀時間的1/N該值被稱為占空比係數。在同等電流下,掃描行數增多將使占空比下降,從而引起有機電致發光像素上的電流注入在一幀中的有效下降,降低了顯示質量。因此隨著顯示像素的增多,為了保證顯示質量,就需要適度地提高驅動電流或採用雙屏電極機構以提高占空比係數。

除了由於電極的公用形成交叉效應外,有機電致發光顯示屏中正負電荷載流子複合形成發光的機理使任何兩個發光像素,只要組成它們結構的任何一種功能膜是直接連線在一起的,那兩個發光像素之間就可能有相互串擾的現象,即一個像素髮光,另一個像素也可能發出微弱的光。這種現象主要是因為有機功能薄膜厚度均勻性差,薄膜的橫向絕緣性差造成的。從驅動的角度,為了減緩這種不利的串擾,採取反向截至法也是一行之有效的方法。

帶灰度控制的顯示:顯示器的灰度等級是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次。灰度等級越多,圖像從黑到白的層次就越豐富,細節也就越清晰。灰度對於圖像顯示和彩色化都是一個非常重要的指標。一般用於有灰度顯示的屏多為點陣顯示屏,其驅動也多為動態驅動,實現灰度控制的幾種方法有:控制法、空間灰度調製、時間灰度調製。

有源驅動(AMOLED)

OLEDOLED

有源驅動的每個像素配備具有開關功能的低溫多晶矽薄膜電晶體(LowTemperaturePoly-SiThinFilmTransistor,LTP-SiTFT),而且每個像素配備一個電荷存儲電容,外圍驅動電路和顯示陣列整個系統集成在同一玻璃基板上。與LCD相同的TFT結構,無法用於OLED。這是因為LCD採用電壓驅動,而OLED卻依賴電流驅動,其亮度與電流量成正比,因此除了進行ON/OFF切換動作的選址TFT之外,還需要能讓足夠電流通過的導通阻抗較低的小型驅動TFT。

有源驅動屬於靜態驅動方式,具有存儲效應,可進行100%負載驅動,這種驅動不受掃描電極數的限制,可以對各像素獨立進行選擇性調節。

有源驅動無占空比問題,驅動不受掃描電極數的限制,易於實現高亮度和高解析度。

有源驅動由於可以對亮度的紅色和藍色像素獨立進行灰度調節驅動,這更有利於OLED彩色化實現。

有源矩陣的驅動電路藏於顯示屏內,更易於實現集成度和小型化。另外由於解決了外圍驅動電路與屏的連線問題,這在一定程度上提高了成品率和可靠性。

主動式與被動式兩者比較

被動式主動式

瞬間高高密度發光(動態驅動/有選擇性)連續發光(穩態驅動)

面板外附加IC晶片TFT驅動電路設計/內藏薄膜型驅動IC

線逐步式掃描線逐步式抹寫數據

階調控制容易在TFT基板上形成有機EL畫像素

低成本/高電壓驅動低電壓驅動/低耗電能/高成本

設計變更容易、交貨期短(製造簡單)發光組件壽命長(製程複雜)

簡單式矩陣驅動+OLEDLTPSTFT+OLED

發展現狀

國際形勢

OLED技術起源於歐美,但實現大規模產業化的國家/地區主要集中在東亞,如日本、韓國、中國大陸和台灣地區等。

全球OLED產業還處於產業化初期。全球涉足OLED產業的企業產品主要是小尺寸無源OLED器件,真正對LCD(液晶)構成威脅的有源OLED器件,實現量產的只有少數幾家公司。

中國雖具有一定的OLED產業基礎,但產業鏈尚不完善,尤其是上游產品競爭力不強。關鍵設備以及整套設備的系統化技術等大都掌握在日本、韓國和歐洲企業手中。

國內AM-OLED

AM-OLED所需的TFT技術還不成熟,國際上幾大廠家所使用的TFT技術,幾乎都是自已根據LCD的TFT技術自主研發的。因為技術不成熟,導致產品的良率低,成本較高,因此在價格方面,暫無法與TFT-LCD形成有效競爭。

雖然OLED產業在近幾年取得了高速的發展,大有取代LCD之勢,但是,OLED發展面臨機遇的情況下來自技術和市場上的調整影響不小,OLED產業在前進中仍將面臨不少挫折。

OLED面板的生產廠商主要集中於日本、韓國、中國台灣這三個地區。

2013年1月,LG電子在CES上全球首次發布LG曲面OLED電視,這表明全球進入了大尺寸OLED時代。9月13日,LG電子在北京召開電視新品發布會,推出中國第一款LG曲面OLED電視——LG55EA9800-CA,這標誌著中國的OLED電視時代正式來臨。

三星在AMOLED市場所占份額曾達90%以上,是AMOLED面板最大的供應商;隨後Sony和LG分別推出11英寸、15英寸AMOLEDTV,日本、韓國、中國台灣等廠商在OLED的市場競爭實力越來越強,同時也在AMOLED方面取得了更高的競爭地位。此外,包括奇晶、TMD、友達等廠商,也都加快了AMOLED技術開發的腳步。2011年,隨著新建生產線的達產,三星在AMOLED領域的市場份額下降至70%左右。

國內AM-OLED技術與世界上先進國家和地區相比,最主要的差距在產業化進程及AM-OLED技術開發方面,中國OLED產業缺乏大型電子企業的參與,開展實質性的產學研作,是一種最為有效的促進AMOLED產業發展的模式。

2013年11月27日,TCL集團子公司華星光電宣布,投資244億元建立二期第8.5代TFT-LCD(含氧化物半導體及AMOLED)生產建設項目,並於2015年5月份投產。國內另一大面板企業京東方宣布其在鄂爾多斯市的5.5代面板生產線正式投產,並可生產OLED小尺寸面板。

OLED面板技術主要掌握在三星、LG韓國企業手中。

儘管TCL、京東方對OLED面板技術提前布局,但OLED上仍只是兩家的長遠規劃,而非短期實現目標。據騰訊科技了解,京東方5.5代面板生產線前期量產的仍是LTPS,而華星光電二期產線量產的是LCD面板。

OLED在大尺寸面板上的良品率僅15%,較低的良品率也促使OLED電視機在價格上的居高不下。

2013年年9月份,隨著LG、三星在中國推出了55英寸OLED電視,OLED在國內市場引起了一場騷動,甚至有聲音“OLED電視將成為明年發展方向”。

儘管三星、LG兩者之間的競爭拉低了OLED電視價格,但售價仍分別高達59999元和54999元,是少數高端用戶或發燒級用戶的產品。而同尺寸55英寸三星、LG的4K產品在1萬元左右。

“OLED作為下一代的電視技術,使用它之後可以讓電視機螢幕變得更薄(目前可使電視機機身厚度降至約4.3mm),甚至可以做成曲面,但在大尺寸技術上瓶頸仍難突破。”一位面板技術人員認為,這正是三星、LG在OLED上的最大困擾。

國際產業分布

發展OLED顯示技術和產業的國家和地區主要集中在亞洲,包括韓國、日本、中國台灣地區以及內地。2010年三星電子在OLED產業的投資已經超過LCD,並實現了AMOLED產品的量產和銷售。除三星外,韓國LG、台灣友達和奇美等傳統顯示企業也在積極籌建4.5代或更高世代AMOLED生產線。韓國政府在2010年推出的《顯示器產業動向及應對方案》中提出要在2013年成為世界首個實現AMOLED顯示面板量產的國家,2015年基本進入新型顯示器時代;日本更是在2008年就開始實施“新一代大型OLED顯示器基礎技術開發”項目,新能源和產業技術開發組織為這個項目提供5年內連續35億日元的支持。

OLED市場前景

一、2013年全球OLED電視機市場將達14億美元

據市場研究公司iSuppli最新發表的研究報告稱,2013年全球OLED(有機發光二極體)電視機出貨量將從2007年的3000台增長到280萬台,複合年增長率為212.3%。從全球銷售收入看,2013年全球OLED電視機的銷售收入將從2007年的200萬美元增長到14億美元,複合年增長率為206.8%。

iSuppli稱,OLED顯示技術要對市場產生真正的影響還需要克服一些挑戰。首先,AMOLED顯示屏製造工藝還不充分。隨著顯示屏尺寸的加大,成品率損失和製造損失也越來越大。此外,OLED顯示屏材料的使用壽命仍需要提高。AMOLED供應商不能保證產量。不過,OLED電視機也有許多優點。OLED電視不需要背光,因此比其它技術更省電和更多做的更薄。OLED電視回響時間非常快,在觀看電視的時候沒有移動模糊的現象。此外,OLED電視比其它技術的色彩更豐富。

索尼在2007年12月在日本市場推出了售價1800美元的11英寸OLED電視機,首先進入了這個市場。包括東芝和松下在內的一些廠商預計將在2009年進入這個市場。

二、商品化過程

1997年Pioneer發表了配備解析度為256x64的單色PM-OLED面板的車用音響;1999年TohokuPioneer成功開發出5.2吋、解析度為320x240pixels、256色的全彩(Fullcolor)PM-OLED面板;2000年Motorola行動電話「Timeport」採用TohokuPioneer之1.8吋多彩(Areacolor)PM-OLED面板;2001年Samsung推出搭載全彩PM-OLED面板之行動電話;2002年Fujitsu行動電話F505i次螢幕搭配TohokuPioneer之1.0吋全彩PM-OLED面板,自此PM-OLED在行動電話次螢幕的套用隨之大量興起。

三、P-OLED微顯示器即將投入商用

研發暨生產金氏記錄最小P-OLED螢幕的MicroEmissiveDisplays(MED)公司,由日本數位相機廠NHJ推出首宗消費電子產品,結合錄音撥放MP3和高解析度數位相機,MED的ME3203為低耗電1/4VGA解析度(320xRGBx240)P-OLED微顯示器(Microdisplay),將用在新產品的電子觀景窗和目鏡上。據了解,這種全球新產品是由台灣某數位相機廠設計研發出來。

MED策略長安德伍(IanUnderwood)表示,針對微顯示器的技術商業化,MED已投入五年的時間,已臻成熟,且做到世界級的獨特技術層級。

照明領域地位

有機發光二極體(OLED)技術在提振行業當前的不景氣方面邁出了一大步,它正在顯示和照明領域開拓出許多高利潤的套用。有跡象表明,有源矩陣(AM)OLED而非無源矩陣(PM)OLED將最終主宰這一套用領域。

DisplaySearch公司預測,到2015年,OLED顯示屏的營收將從2008年的5.91億美元增長到60億美元,年複合增長率(CAGR)將達到40%。屆時,OLED電視將成為最大的套用,市場容量總計達26億美元。手機顯示屏市場將占到19億美元(圖1A)。該市場研究公司還表示,雖然PMOLED顯示屏的單位出貨量到2015年將一直增長,但其收入將保持平穩。與此同時,AMOLED的單位出貨量將增加兩倍,並將在2011年超過PMOLED的出貨量(圖1b)。

DisplaySearch公司指出,PMOLED存在嚴重供過於求的情況。此外,許多建立了大型PMOLED生產線的公司正發現,由於有限的套用和來自LCD顯示屏的競爭,這些生產線已處於開工不足狀況。與LCD顯示屏相比,PMOLED顯示屏無法像LCD那樣以很高性價比做出大型顯示屏,因此其套用已受到局限。“去年,AMOLED需求的增長彌補了PMOLED的下滑,”DisplaySearch顯示技術總監JenniferColegrove說,“展望未來,為OLED找到一個LCD難以與其競爭的縫隙市場是很重要的,如柔性或透明顯示或照明。OLED開發商也應該尋找機會把他們的技術與其他熱點技術(如觸控螢幕)結合起來。”另一方面,由於預期對AMOLED有大量需求,因此AMOLED的生產能力正在急劇擴張。與LCD相比,OLED顯示屏具有以下優點:更薄的外形、更寬的視角、更快的回響速度、更低功耗、更好的色域和色彩還原、更高的對比度和更寬的工作溫度範圍。不過,各公司仍然必須解決如何實現更大尺寸的OLED面板和提供更長的工作壽命等問題。另外,還需要更高效且壽命更長的藍光OLED。為解決這些問題,設計人員正在轉向非晶矽、改進的材料、薄膜電晶體(TFT)和金屬氧化物驅動器電路、以及可實現TFT底板更高生產良率的更佳工藝方法。AMOLED像素啟動和關閉的速度比傳統電影中像素運動的速度快兩倍多。比PMOLED回響速度更快、功耗更低的AMOLED顯示屏是全動態視頻和圖形顯示套用的理想選擇。AMOLED更適合於大螢幕顯示器和電視機、電子標誌牌和廣告牌。“AMOLED的能效比PMOLED好很多,”UniversalDisplayCorp(UDC)技術商業化副總裁JaniceMahon說。

套用領域

OLED在很多方面都有套用,包括手機、AR、VR、車載電子、可穿戴設備、平板電腦等。

一、OLED在頭戴顯示器領域的套用

以視頻眼鏡和隨身影院為重要載體的頭戴式顯示器得到了越來越廣泛的套用和發展。其在數字士兵、虛擬現實、虛擬現實遊戲、3G與視頻眼鏡融合、超便攜多媒體設備與視頻眼鏡融合方面有卓越的優勢。

與LCD和LCOS相比,OLED在頭戴顯示器的套用有非常大的優勢:清晰鮮亮的全彩顯示、超低的功耗等,是頭戴式顯示器發展的一大推動力。

率先把OLED套用在視頻眼鏡上的是美國的eMagin.無論是對於民用消費領域還是工業套用乃至軍事用途都提供了一個極佳的近眼套用解決途徑。隨之,採用歐洲的超微OLED顯示屏的視頻眼鏡被推上市場。在國內,iTheater(愛視代)憑雄厚的研發實力率先推出世界首款高分子超微OLED顯示屏的視頻眼鏡;憑藉其全智慧財產權的背景順利打入國內軍事領域,為中國數字士兵的建設出一份力。

二、OLED在MP3領域的套用

MP3作為一款數字隨身聽已經在市場上日益成為時尚娛樂的主角,對於它的功能、容量、價格等等都得到了人們廣泛的關注,也是各廠家目光的焦點所在,可是對於作為MP3的眼睛的螢幕卻很少有人涉及。

除了影音隨身看產品之外,不論Flash型還是HDD型的MP3,大多採用黑白單色LCD面板,僅僅停留在能夠聆聽音樂的簡單要求上。但現如今的MP3除了這種最基本的功能外,更多的立足於人們對於個性、時尚追求的心理,表達的是一種生活的觀念。所以在面板的設計上,出現了多彩背光設計,就是經常聽到的“7色背光”的產品。在此基礎上進一步發展,已經有用到區域彩色OLED面板(如:黃、藍雙色等區域各16色階)的產品,有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiverN10等。

OLED(OrganicLightEmittingDisplay),即有機發光顯示屏,在MP3螢幕的套用領域屬於新崛起的種類,被譽為“夢幻顯示屏”。它無需背光燈,而是“主動發光”。以BenQJoybee180的OLED液晶屏為例,它摒棄了傳統LCD的缺點,每個像素都可自行發光,不管在什麼角度什麼光線下都可以比傳統LCD顯示更加清晰的畫面,而且環境越黑螢幕越亮,猶如夜間的瑩彩精靈。

MP3的消費者多為年輕族群,對他們而言MP3除了基本功用之外,還帶有一點點炫耀的色彩。在夜晚寂靜的街邊,邊走邊聽著音樂,看著OLED螢幕跳動的藍光,音符的跳動伴著腳步的跳動和心情的起伏,定有一種別樣的感覺。或是在朋友歡聚的Party上,OLED藍光的閃爍熠熠生輝,定能讓你成為聚會的主角。

除了帶來全新的視覺感受之外,OLED還有很多LCD面板無法比擬的優點。比如可以使MP3做得更輕更薄,可視角度更大,並且能夠顯著節省電能。不過OLED的套用還要搭配MP3的整體設計,才能展現出它的魅力。已上市的BenQJoybee180可以說是液晶屏的套用與整體設計相結合的典範。Joybee180的造型時尚、簡約、大方,整款機器呈正方形,看上去像一個精緻小巧的手提袋,精華部分又好似一款華麗精美的手錶。而且,運用錶帶的流行元素取代傳統的佩戴方法,提供一系列不同的面板,可依服飾的不同進行替換,改變以往一成不變的搭配方案,秀出你的時尚搭配,秀出你的獨特心情。

OLED套用於MP3產品上不僅增加了產品絢麗的美感,而且也為圖文資訊的表達錦上添花,無疑將成為MP3顯示面板的主流。

三、潛在的套用

OLED技術的主要優點是主動發光。發紅、綠、藍光的OLED都可以得到。在過去的幾年中,研究者們一直致力於開發OLED在從背光源、低容量顯示器到高容量顯示器領域的套用。下面,將對OLED的潛在套用進行討論,並將其與其它顯示技術進行對比。

1999年首度商業化,技術仍然非常新。用在一些黑白/簡單色彩的汽車收音機、行動電話、掌上型電動遊樂器等。都屬於高階機種。

從事OLED的商業開發全世界約100多家廠商,OLED的技術發展方向分成兩大類,日、韓和台灣傾向Kodak的低分子OLED技術,歐洲廠商則以PLED為主。兩大集團中除了KODAK聯盟之外,另一個以高分子聚合物為主的飛利浦公司也聯合了EPSON、DuPont、東芝等公司全力開發自己的產品。2007年第二季全球OLED市場的產值已達到1億2340萬美元。

在中國企業方面,早在2005年,清華大學維信諾公司決定開始OLED大規模生產線建設,並最終在崑山建設了OLED大規模生產線;廣東省也積極上馬OLED專案,截至2009年12月,廣東已建、在建和籌建的OLED生產線項目有5個,分別是汕尾信利小尺寸OLED生產線、佛山中顯科技的低溫多晶矽TFT(薄膜場效應電晶體)AMOLED生產線專案、東莞宏威的OLED顯示幕示範生產線項目、惠州茂勤光電公司AM(主動式)OLED光電項目、彩虹在佛山建設的OLED生產線項目。根據調研公司DisplaySearch的報告,全球OLED產業2009年的產值為8.26億美元,比2008年增長35%。中國成為全球OLED套用最大的市場,中國的手機、移動顯示設備及其他消費電子產品的產量都超過全球產量的一半。

四、航空領域研發“透明飛機”

“透明飛機”假想圖“透明飛機”假想圖

2014年10月末,媒體透露英國科技公司計畫研發“透明飛機”,讓乘客坐在機艙內,享受360度全外景的感覺,如同翱翔在天際中。

英國科技研發公司“工藝創新中心”(TheCentreforProcessInnovation,CPI)最近發表了一項客機設計新概念,將運用OLED(OrganicLight-EmittingDiode,有機發光二極體)技術于飛機機身上,不僅能讓乘客可以一覽無遺窗外的風光,甚至能變成觸控螢幕,讓乘客能徹底在機上享受。此項計畫對航空公司而言也是一大賣點,因為運用OLED的技術能讓機身更輕薄也更堅固,乘客的座位也會變得更加寬敞舒適,降低油量損耗,還可以減少二氧化碳的排放。對於乘務員起飛時的安全檢查工作也更加方便,不需要再仰賴小小的視窗,就能查看機外的狀況,進而節省航空公司的成本。

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