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與蘋果有緣——淺談OLED的興起
作者:,日期:2017-03-22

  很早之前就有傳聞,說是蘋果公司的手機會采用OLED屏幕,但是轉眼數年過去了,iPhone仍然采用LCD屏。反而前段時間剛推出的三星的Galaxy S7 Edge和小米note2等手機采用了OLED屏幕,而且這個范圍還在擴大。其實,可能大家不知道,其實蘋果早就在他的產品線中使用了OLED屏幕--首款可穿戴設備Apple Watch。不過,已經基本可以確認蘋果今年推出的iPhone,將至少有一款采用OLED面板,這也將成為傳聞中的iPhone8的一大亮點,而傳聞中蘋果公司同時計劃將這種屏幕使用到ipad和macbook上則成為了OLED產業爆發的一個導火索。

  說了半天,那么什么是OLED呢?

  根據百度百科解釋,OLED,中文名為有機發光二極管(Organic Light-Emitting Diode, UIV OLED),又稱為有機電激光顯示、有機發光半導體(Organic Electroluminesence Display, UIV OLED)。與液晶顯示(Liquid Crystal Display, LCD)是不同類型的發光原理。OLED由美籍華裔教授鄧青云(Ching W. Tang)1983年在實驗室中發現,由此展開了對OLED的研究。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,在價格(較大顯示面板)、壽命、分辨率暫無法與液晶顯示器匹敵。有機發光二極管依色彩可分為單色、多彩及全彩等種類,其中全彩有機發光二極管的制備最為困難;依驅動方式可分為被動式(Passive Matrix, PMOLED)與主動式(Active Matrix, AMOLED)。

  OLED基本結構層由空穴傳輸層(HTL)、發光層(EL)和電子傳輸層(ETL)組成。其工作原理簡單描述如下:當一順向偏壓施加于元件時,電洞從陽極(anode、加正電壓)注入空穴傳輸層(Hole Transport Layer,HTL)之最高填滿分子軌域(HOMO),而電子從陰極(cathode,加負電壓)注入電子傳輸層(Electron Transport layer,ETL)之最低未填滿分子軌域(LUMO),注入之載子,在外加電場之影響下漂移,進而在發光層(此層可能是HTL或是ETL)中結合,電子落入電洞中而進入發光激態(luminescent excited state),形成激子(Exciton),導致激態分子之產生,部份激態分子以輻射衰減(radiative recombination)的方式回到基態,衰減時,將多余能量以光子的形態釋出而發光。

 

 

  專業術語太多,不過我們可以從中看到,正是由于OLED屏視廣視角、能以低能耗模式運行、反應速度高等特點,很適合在手機、智能穿戴設備、電視等屏幕上使用,我們可以預示到, OLED屏幕將會是一個趨勢。

  那么,為什么說OLED屏幕將會是一個新的趨勢呢?下面,我們就來進一步了解OLED。要理解OLED屏的優勢,讀者需要首先搞清楚它在核心設計方面與LCD、LED屏的差異。對于LCD、LED屏來說,屏幕上顯示的內容來自透過不同顏色像素的背光源。隨著像素密度的增加,像素尺寸會減小,要獲得同樣的亮度,顯示屏需要功率更高的背光源。它還增加了顯示屏的厚度。LED LCD面板使用了背光來點亮像素,而OLED的像素是可以獨立發光的,無需獨立的背光源。如此一來,OLED面板的亮度可實現逐個像素的控制,這是LED LCD所做不到的。(而通過使用塑料而非玻璃基底,OLED顯示屏可以做成曲面屏,這就是我們經??吹降拈_頭提到兩款曲面屏手機的由來)。

  如果OLED那么好,為什么目前仍未普及呢?這主要是因為這種面板的生產難度非常高。據了解,目前有兩種OLED技術方式,一種是FMM(精細金屬遮罩,FineMetal Mask,也叫精細金屬掩膜板),采用紅、綠、藍像素并置法(RGB-SBS,Side-By-Side),由紅、綠、藍像素分別發光所組成,不僅能獲得較佳色彩飽和度,還能省電,但大尺寸蒸鍍(Evaporation)非常不容易。所以,這種技術路線的大尺寸面板規模量產,當前是比較苦難的,成本很高,良品率很低,這是三星所選擇的技術路線。因此,大家也看到,三星量產的是手機屏幕等小屏幕,遲遲沒有量產上市OLED電視,核心原因就是這里,實在是技術沒辦法短期內實現量產,并不是三星不想賣,不想做OLED電視。

  另一種,就是LG為代表的WOLED技術了。從市面上的彩電產品看,高效率的白光(White)OLED技術已經逐步成真,并且隨著材料與元件的技術演進,白光OLED技術已到達照明領域與顯示器領域上可以被接受的水準,至少是比現在的液晶電視要完美得多。

  在OLED素子市場,2015年WOLED的規模約2億2300萬美元,而FMM是4億3600萬美元。白光OLED雖然容易量產,產品也達到一個新的級別,但值得說明的是,相較于采用紅、綠、藍像素并置法FMM的OLED廣色域與高色純度,白光元件畢竟是妥協版。

  從這個層面而言,在普及階段,白光OLED的發展速度更快,由于成本低,良品率也高,所以比較受彩電廠家的青睞;但FMM技術瓶頸的解決也是必然的方向,理論上最佳的產品技術,總會有成為現實擺在用戶眼前的一天,只是時間早晚的問題。

  OLED技術起源于歐美,但可以看到,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、中國等地區。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。我國雖然具有一定的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。需要我們這些科學家去努力,去探索。

  目前,全球OLED產業還處于產業化初期,但是不得不說的是,隨著2K、4K屏的興起,手機、電視的屏幕分辨率越來越高,在未來肯定會有越來越多的廠商選擇OLED屏的,OLED屏將會成為手機、智能穿戴設備、電視的主力,在未來幾年里要做的是僅僅是完善生產工藝,提高成品率,降低成本。

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