原创 十个方面解析：OLED显示的发展方向

OLED技术可以作为一半的照明光源技术应用，亦可以作为一种“矩阵排列”的紧密显示产品应用，被誉为人类未来光源和显示技术的“梦幻”科技。文中将解析OLED显示方面的几个“最”，代表了OLED显示产品、产业和市场的一系列发展方向，可以作为思考OLED产业发展问题的基本切入点。 一、OLED优点比你想到的多 OLED显示技术的优点可以这样形容：把液晶显示技术、等离子PDP显示技术、CRT显示技术，这三个已经在民用和消费市场贷规模普及的显示技术的所有优点集中在一起，并抛弃大多数的缺点，就成了OLED显示技术的主要特点！ 具体说，OLED显示技术包括：可以实现迄今为止最薄的显示器；最容易与各种触摸屏技术整合；最高的发光效率、节能水平极高；可实现任意形状的显示、柔性器件、弯曲显示；可最佳效果实现现有和未来的3D显示技术；可视角巨大；色彩表现非常出色、随着技术进步足以超越以往任何显示技术；适应使用环境的变化、温度、压力等环境指标要求宽松；画面反应速度迅速；使用寿命长；制备结构简单、材料消耗少、制造可主要继承TFT-LCD技术和生产线；理论上每单位显示画面尺寸成本最低…… 目前，OLED显示技术的主要缺点主要集中在产业成熟度较低和三原色不均匀老化这两点上。但是前者会随着时间的流逝自然解决，后者也不是不可以解决的技术问题。 二、OLED是在最不经意间发现的“梦幻”科技 1979年的一天晚上，在柯达公司从事科学研究工作的华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室。回到实验室，他发现黑暗中有个亮的东西。打开灯，原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。 OLED研究就由此开始。邓博士也因此被称为“OLED之父”。 OLED技术是一种特殊的半导体技术、二极管技术。晶体二极管是一种特殊的电子开关器件，能够实现单方向的导电通路。在二极管内导电粒子只能从一个方向另一个方向移动。因此，二极管可以作为一种特殊的“开关”使用，例如电脑CPU中的众多部件就是由这种电子开关组成。 OLED技术与传统晶体二极管技术不同的地方在于，电子在二极管内部有一侧向另一侧移动的时候，会出现“能级”的跃迁——即电子从一侧的原子表面脱离，在另一侧的另一种原子表面被捕获的过程中，电子的能量会降低，多余的能量则以光子的形式发射出去。由于两侧原子的不同，电子迁移中发射能量的大小也就不同，表现上就是光波的波长频率不同，也就是我们肉眼看到的颜色不同。OLED技术就是采用特殊的有机材料实现上述特殊的二极管构造的技术。 三、OLED是目前唯一的高分辨率纯固体显示技术 OLED显示设备的一大特点就是在结构上是全部固体紧密接触的结构，其本身对大气压力等并不敏感，同时器件也更为结实。 传统CRT显像管技术必须依赖于一个体积不小的真空环境做电子流的加速和便宜。这不仅使得CRT产品的体积巨大，也是部分CRT电视发生“爆炸”的原因。同时，即便CRT电视采用的较厚的玻璃和金属结构保护显像管的安全，但是由于其真空结构必须承受大气压的巨大压力，因此，其“并没有看上出那么结实”。 PDP等离子技术可以说是CRT技术极致发展的结果：等离子显示技术的每一个显示发光单元就类似于一个小的CRT显像管——只不过这个单元里面发射的不是电子束，而是紫外线，同时这种紫外线也不再需要加速和偏转，而是直接轰击其表面的荧光粉发光。PDP这种结构特点使其不能摆脱“真空气泡”的结构设计。虽然可以在里面填充惰性气体，以平衡大气压力的作用，但是在高原环境低气压作用下，这些填充的惰性气体却会“主动冲破”PDP的显示单元的玻璃结构——因此，PDP的使用对气压有一定的要求。 LCD液晶电视的特点自然就是必须采用“液态晶体”材料了。这种会流动的液态物质的物理状态和位置稳定性也不好，特别是低温环境下回“冻冰”。所以，液晶显示不适合于低温、高温等特殊温度条件下的显示。 综合比较，OLED显示技术则采用全部固态的物理结构，在适用环境上最为宽广！ 四、OLED显示器件的核心结构最为简单 OLED显示技术不仅显示优势明显，而且其自身结构也较为简单，尤其是和目前流行的TFT-lcd液晶显示技术比较起来，其结构异常“精简”。 传统的CRT显示设备大多数体型巨大，必须包括高压变压电路、阴极射线发射装置、阴极射线偏转装置、射线偏转所需要的巨大空间、荧光屏幕。这些必须的结构也是的CRT电视体积过大，同时显示画面又难以突破38英寸的主要原因。 与之相比，虽然PDP等离子显示技术的显示结构比较简单：驱动电路、紫外线发生层、荧光层等主要结构。但是其在制作上，却需要荧光层和紫外线发生层之间的“粘连”，二者共同组成一个充满惰性气体的空间网格的密集阵列，工艺上的复杂性使得其最小结构单位不能做的很小——这是等离子电视、等离子显示器不能做成小尺寸的根本原因。 而现在最流行的薄膜晶体管液晶显示技术TFT-lcd则被称为历史上最复杂的显示技术之一：背光源是这种被动显示技术特有的结构，包括背光的驱动、控制、供电、光源体和最终形成白色平行光源的导光板结构，都是其他显示技术没有的。同时，液晶光阀部分又包括光阀矩阵和TFT驱动结构。由于采用液态晶体技术，光阀矩阵平面除了需要像素隔离结构，还需要内部的支撑结构。 与以上显示技术线比较，OLED的结构更类似于等离子，或者液晶显示产品扣除背光源之后的部分，但是又有着比起更简单的组成：上下玻璃基本，上下电极，中间发光装置等分层结构，配合TFT驱动电路就构成了OLED的基本结构。这一结构中既没有液晶显示技术的液态物质，也没有等离子显示技术的惰性气体物质，结构也更为稳定。 五、OLED显示器件的理论成本最低 OLED显示技术是一种结构上显着比现有产品，特别是液晶显示技术要简单、简练的显示技术。结构的简单本身就决定了该技术一旦大规模应用，必然会在成本上表现出一定的优势。事实上，OLED显示技术在理论上，也可能是目前为止成本最低的显示器件。 LCD显示产品目前已经成为PC和彩电领域的主导者。产生这种市场转变的原因，不仅在于LCD显示技术比较传统的CRT所具有的一系列优势：超薄、轻便、低辐射等等，更在于其更低的成本。Crt显示技术必须依赖于阴极射线的偏转电路，而这个电路主要的构成是金属“铜”。这钟金属材料的成本，使得CRT显示产品哪怕在小尺寸上的成本也不会很低，而在大尺寸上成本上升非常显着。目前，液晶显示产品已经在价格上完全低于CRT产品鼎盛期、甚至衰退期的市场价格。 而与OLED线比较，液晶产品的价格却还是高的：第一，液晶显示需要一个光源系统，包括发光器件、驱动电路和导光板，而OLED则完全不需要这些；第二液晶和OLED的像素驱动方面都采用TFT或者类似结构，成本和工艺相同；第三，液晶的封装需要考虑液体材料的特点，例如流动性、不可支撑性，但是OLED没有这些问题；第四液晶材料的涂布、OLED材料的涂布，以及材料本身的成本是目前二者成本上差异和争议最大的方面——但是随着OLED技术和材料应用方面的发展，其成本绝不会显着高于液晶产品。 因此，从各种综合因素来看，OLED产品有望在大规模普及的时候，在成本上，拥有一定优势。当然，这种理论上最低的成本，还需要实践上的技术进步来实现！ 下一页：OLED的另5个之最 六、OLED生产线最贵，但产业投资最低 OLED显示技术的另一个“最”是生产线投资最贵，不仅高于PDP等离子、传统CRT显示技术，甚至还高于已经属于天价投资的LCD液晶显示技术。 据研究，一条月投入7万片基板的8.5代液晶面板生产线的投资在35-45亿美元以上。但是同等规模的OLED生产线投资则可能高达50亿美元以上。这些多出来的投资主要是由OLED技术中主要由固体材料构成，而这些材料的涂布必须在液态、溶解态或者气化太下进行——这一工艺难点是导致其生产线最“贵”的主要原因。 不过，消费者也不需要因此担心OLED的普及进程会受到金钱因素的阻碍：OLED的生产线虽然最贵，但整体产业投资却几乎最低——因为OLED生产线可以由LCD液晶面板生产线改造而来。 一条已经提计了所有建设成本的8.5代LCD生产线，如果转产OLED面板，他的投资通常在20亿美元多一些，远低于一条新的8.5代液晶面板线或者OLED面板线的投资。现在，全球液晶面板线的建设高 潮已经过去，半数以上的生产线已经或者接近收回成本，具有很大的向OLED生产线过度的物质基础。 以早期一条8.5代液晶面板生产线的前期建设投入需要5年左右收回计算，液晶面板线改造OLED的投资则只需要接下来的3年就基本收回。整体改造过程也会比单独的新建液晶或者OLED面板线要“迅速”。因此，从整个产业的发展和过度的角度看，全球企业在OLED面板线上的投资一定是小于此前在LCD面板线上的投资总和的因为，可以利用旧LCD生产线快速改造成OLED生产线。 七、OLED产业化发展步伐绝对最快 如果理解了上面介绍的OLED生产线为什么自身最贵，但是又投资低于当初大举投资液晶面板的理由，那么也就会对所谓的OLED产业发展步伐最“快”有了基本的理解！ 首先是，由于LCD面板线可以快速的改造成OLED面板线，这会使得OLED面板线的大规模建设周期获得一个比较lcd或者PDP明显的缩短。 同时，由于OLED面板显示的优秀效果，企业也更愿意大举推动OLED产业的发展。例如，三星最早规划中的全球第一条5.5代线OLED面板厂会在2012年投产，但是这条线不仅早已经投产，更为重要的是顶替这条5.5代线“出名”位置的，三星第一条8代OLED线即将在2012投产。 从5.5代到8或者8.5代，LCD液晶产业用了4-5年的时间，但是OLED却只用了2年的时间。同时，OLED产业直接跳过了6代、7代，直接上升到了8代线——8代和8.5代线也是液晶产业大规模建设的最大的尺寸线（比起更高的十代线之建设了一条）。 未来五年内韩国政府已经作出一个近200亿美元的投资计划，用于下一代液晶和OLED生产线的建设——分析界认为，这些投资主要将花在OLED面板上。这些投资，以及三星等企业的动作表明，如果没有重大的难以解决的技术障碍，仅仅是韩国今后最多每1.5年就会有条新的OLED大尺寸面板线投入应用。这样的速度足以使OLED显示技术以远远超过当初液晶显示技术普及的速度快速发展！ 八、OLED显示屏幕分类最“多” 相比较OLED自身在结构上的“简约”，OLED显示技术的分类则不那么简单，或者可以用最多来形容。OLED按发光材料可分两种： 小分子OLED和高分子OLED也可称为PLED，小分子OLED器件制备采用蒸镀工艺，PLED则采用旋转涂覆活喷涂印刷工艺；按驱动方式不同可分为被动矩阵驱动OLED（Passive Matrix OLED，PMOLED）及主动矩阵驱动OLED（Active Matrix OLED，AMOLED）。色彩上，OLED分为单色、区彩和全彩，并且随着技术的进步OLED的色彩也越来越丰富，目前已开发出1600万色产品；按基板材料，OLED的衬底材料可分为玻璃、塑料以及金属薄膜等，塑料和金属薄膜主要用于制造柔性OLED；按应用来分，OLED主要用于显示，随着白光OLED技术的突破，其应用范围也可以拓展到背光和照明上。——其中，最主要的分类方法之一是按驱动技术不同分类。 OLED显示技术按驱动方式分为主动式驱动和被动式驱动。 无源驱动（PMOLED）又分为静态驱动电路和动态驱动电路。⑴静态驱动方式：在静态驱动的有机发光显示器件上，一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的，各像素的阳极是分立引出的，这就是共阴的连接方式。⑵动态驱动方式：在动态驱动的有机发光显示器件上人们把像素的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。如果像素可分为N行和M列，就可有N个行电极和M个列电极。行和列分别对应发光像素的两个电极。即阴极和阳极。在实际电路驱动的过程中，要逐行点亮或者要逐列点亮像素，通常采用逐行扫描的方式，行扫描，列电极为数据电极。 有源驱动（AMOLED）的每个像素都备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管（Low Temperature Poly-Si Thin Film Transistor，LTP-SiTFT）控制，而且每个像素配备一个电荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。有源驱动，或者是主动驱动OLED是大尺寸彩色OLED显示技术的主要发展方向。 AMOLED采用的基板业界有三个方向，一个是对传统的a-SiTFT进行改进，二是开发载流子迁移率高的LTPSTFT技术，三是开发OTFT。 九、OLED技术彩色显示实现方法最多 传统显示技术实现彩色显示的方法都比较单一：例如PDP等离子显示技术和CRT阴极射线管显示技术色彩表现主要有荧光粉的种类决定，采用多个种类的荧光粉，加上色彩混合原理就可以显示多种颜色。而液晶显示技术，无论采用什么光源技术，得到的都是的单一颜色的平行光源和单一颜色的像素点——如果想要显示彩色，那么就必须救助与滤光片才能实现，采用多少种类的滤光片就会有多少的基色，并借助于色彩混合原理显示彩色图像。 但是OLED显示技术则主流的至少有三种色彩显示方案：三原色独立像素发光，色彩转换发光以及白色发光与滤光片结合的方式。 RGB象素独立发光是利用发光材料独立发出彩色光的彩色模式。它是利用精密的金属荫罩与CCD象素对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节三种颜色组合的混色比，产生真彩色，使三色OLED元件独立发光构成一个像素。三原色独立发光的技术又可以分为垂直三原色排列和水平三原色排列两种方式，其中后者虽然结构更复杂，但是制备过程更简洁，应用也较多。三星公司在美国2012年CES展上展示的55寸OLED电视采用这种技术。 光色转换是以蓝光OLED结合光色转换膜阵列实现彩色发光的技术。首先制备发蓝光OLED的器件，然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率。这种技术不需要金属荫罩对位技术，只需蒸镀蓝光OLED元件。 彩色滤光膜技术是利用白光OLED结合 彩色滤光膜形成彩色光的技术，原理上和液晶的彩色光很类似，其所需要的彩色滤光膜技术最为成熟。首先制备发白光OLED的器件，然后通过彩色滤光膜得到三基色，再组合三基色实现彩色显示。该项技术的关键在于获得高效率和高纯度的白光。它的制作过程不需要金属荫罩对位技术，可采用成熟的液晶显示器LCD的彩色滤光膜制作技术。LG公司在美国2012年CES展上展示的55寸OLED电视采用这种技术。 RGB像素独立发光，光色转换和彩色滤光膜三种制造OLED显示器全彩色化技术，各有优缺点。可根据工艺结构及有机材料决定。通常RGB像素独立发光技术的效果最好，彩色滤光膜技术成熟度、技术风险最低。同时，RGB像素独立发光也是最节能的彩色实现技术。 十、OLED产业的东西方技术之最 OLED显示产业是一个技术密集型的产业——技术密集也就对应着专利密集。 材料是OLED技术发展的关键，根据使用有机功能材料的不同，OLED可以分为两种不同的技术类型：一是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基OLED（Small Molecular Organic Lisht Emitting Diode，简称SMOLED）；另一是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLED（Polymer Organic Light Emitting Diode，简称PLED）。 美国伊斯曼柯达公司是小分子OLED阵营的领导厂商，掌握了大部分OLED材料和器件设计的核心技术，拥有300多项专利。英国剑桥大学利用分子聚合物作为OLED发光材料开发出高分子OLED技术（POLED），由于颇具发展潜力，于1992年另成立CDT（Cambridge Display Technology）公司，高分子OLED的基础专利主要由该公司和杜邦公司所有。 以上提到的企业掌握的是OLED材料方面的最核心技术。其中柯达公司在OLED专利技术的最核心领域拥有者不可忽略的优势，占据最受关注、全球科技文献检索和引用中OLED领域排名前10位中70%的专利权，是绝对的技术大佬。 但是，OLED产业的技术不仅包括核心材料方面的技术，还包括驱动控制以及制备流程方面的额技术。在这个方面，日本精工爱普生拥有最多的专利数目，排在其后的则是韩国三星集团的多个权益人的总和。事实上，按地域持有专利数量计算，日本机会占据了半壁江上，此后是韩国和美国。不过、日本企业的技术专利持有较为分散，而韩国的专利权则主要由三星、LG两家把持。 在非专利技术方面，东亚地区具有绝对主导性地位。这与该地区是全球显示产业核心器件的主要制造商所在地有关系。可以说OLED技术是兴起于欧美，但是发扬光大于东亚。 值得一提的是，我国虽然在全球OLED产业中起步并不是很晚，但是在技术储备和产业资金准备上严重落后于日本、韩国和台湾，尤其是企业资金实力方面的障碍，将成为我国OLED产业未来发展的主要瓶颈。