關於OLED顯示屏顯示技術的那些事

一、OLED的發展歷史

OLED是英文OrganIC Light-EMItting Diode的縮寫,翻譯過來被稱為有機發光二極管或有機發光顯示器。OLED 技術的研究,起源於鄧青雲博士(Dr.Ching Wan Tang),他出生於香港,於英屬哥倫比亞大學得到化學理學士學位,於1975年在康奈爾大學獲得物理化學博士學位。鄧青雲自1975年開始加入柯達公司Rochester實驗室從事研究工作,在意外中發現OLED。1979年的一天晚上,他在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室,回到實驗室後,他發現在黑暗中的一塊做實驗用的有機蓄電池在閃閃發光從而開始了對OLED的研究。到了1987年,同屬柯達公司的汪根樣博士和同事 Steven 成功地使用類似半導體 PN結的雙層有機結構第一次作出了低電壓、高效率的光發射器。1987年柯達公司推出了OLED雙層器件,OLED才作為一種可商業化和性能優異的平板顯示技術而引得人們的重視。目前,全球已經有100多家的研究單位和企業投入到OLED的研發和生產中,包括目前市場上的顯示巨頭,如三星,LG,飛利浦,索尼等公司。整體上講,OLED的產業化目前已經開始,其中單色,多色和彩色器件已經達到批量生產水平,大尺寸全綵色器件目前尚處在研究開發階段。2008年後,OLED技術越來越成熟,可以看到從那以後很多電子DIY愛好者也在自己的作品上使用上了OLED顯示器。

二、OLED的顯示原理

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OLED顯示屏結構

OLED器件的發光過程可分為:電子和空穴的注入、電子和空穴的傳輸、電子和空穴的再結合、激子的退激發光。具體為:

(1)電子和空穴的注入。處於陰極中的電子和陽極中的空穴在外加驅動電壓的驅動下會向器件的發光層移動,在向器件發光層移動的過程中,若器件包含有電子注入層和空穴注入層,則電子和空穴首先需要克服陰極與電子注入層及陽極與空穴注入層之間的能級勢壘,然後經由電子注入層和空穴注入層向器件的電子傳輸層和空穴傳輸層移動;電子注入層和空穴注入層可增大器件的效率和壽命。關於OLED器件電子注入的機制還在不斷的研究當中,目前最常被使用的機制是穿隧效應和界面偶極機制。

(2)電子和空穴的傳輸。在外加驅動電壓的驅動下,來自陰極的電子和陽極的空穴會分別移動到器件的電子傳輸層和空穴傳輸層,電子傳輸層和空穴傳輸層會分別將電子和空穴移動到器件發光層的界面處;與此同時,電子傳輸層和空穴傳輸層分別會將來自陽極的空穴和來自陰極的電子阻擋在器件發光層的界面處,使得器件發光層界面處的電子和空穴得以累積。

(3)電子和空穴的再結合。當器件發光層界面處的電子和空穴達到一定數目時,電子和空穴會進行再結合並在發光層產生激子。

(4)激子的退激發光。在發光層處產生的激子會使得器件發光層中的有機分子被活化,進而使得有機分子最外層的電子從基態躍遷到激發態,由於處於激發態的電子極其不穩定,其會向基態躍遷,在躍遷的過程中會有能量以光的形式被釋放出來,進而實現了器件的發光。

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OLED顯示的過程

三、OLED的顯示屏的特點

優勢

1、相較於LED或LCD的晶體層,OLED的有機塑料層更薄、更輕而且更富於柔韌性。

2、OLED的發光層比較輕,因此它的基層可使用富於柔韌性的材料,而不會使用剛性材料。OLED基層為塑料材質,而LED和LCD則使用玻璃基層。

3、OLED比LED更亮,OLED有機層要比LED中與之對應的無機晶體層薄很多,因而OLED的導電層和發射層可以採用多層結構。此外,LED和LCD需要用玻璃作為支撐物,而玻璃會吸收一部分光線。OLED則無需使用玻璃。

4、OLED並不需要採用LCD中的逆光系統。LCD工作時會選擇性地阻擋某些逆光區域,從而讓圖像顯現出來,而OLED則是靠自身發光。因為OLED不需逆光系統,所以它們的耗電量小於LCD(LCD所耗電量中的大部分用於逆光系統)。這一點對於靠電池供電的設備(例如移動電話)來說,尤其重要。

5、OLED製造起來更加容易,還可製成較大的尺寸。OLED為塑膠材質,因此可以將其製作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體並把它們鋪平,則要困難得多。

6、OLED的視野範圍很廣,可達170度左右。而LCD工作時要阻擋光線,因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED自身能夠發光,所以視域範圍也要寬很多。

特點

(1)功耗低

與LCD相比,OLED不需要背光源,而背光源在LCD中是比較耗能的一部分,所以OLED是比較節能的。例如,24in的AMOLED模塊功耗僅僅為440mw,而24in的多晶硅LCD模塊達到了605mw。

(2)響應速度快

OLED技術與其他技術相比,其響應速度快,響應時間可以達到微秒級別。較高的響應速度更好的實現了運動的圖像。根據有關的數據分析,其響應速度達到了液晶顯示器響應速度的1000倍左右。

(3)較寬的視角

與其他顯示相比,由於OLED是主動發光的,所以在很大視角範圍內畫面是不會顯示失真的。其上下,左右的視角寬度超過170度。

(4)能實現高分辨率顯示

大多高分辨率的OLED顯示採用的是有源矩陣也就是AMOLED,它的發光層可以是吸納26萬真彩色的高分辨率,並且隨著科學技術的發展,其分辨率在以後會得到更高的提升。

(5)寬溫度特性

與LCD相比,OLED可以在很大的溫度範圍內進行工作,根據有關的技術分析,溫度在-40攝氏度到80攝氏度都是可以正常運行的。這樣就可以降低地域限制,在極寒地帶也可以正常使用。

(6)OLED能夠實現軟屏

OLED可以在塑料、樹脂等不同的柔性襯底材料上進行生產,將有機層蒸鍍或塗布在塑料基襯上,就可以實現軟屏。 [4]

(7)OLED成品的質量比較輕

與其他產品相比,OLED的質量比較小,厚度與LCD相比是比較小的,其抗震係數較高,能夠適應較大的加速度,振動等比較惡劣的環境。

四、OLED顯示屏產業鏈和主要供應商

目前,OLED產業上游市場仍然以日韓歐美廠商為主,市場集中在日本出光興產、堡土谷化學、美國UDC公司以及一些韓國公司。

而在產業鏈中游領域,韓國處於相對主導地位,中國國內則是以京東方為代表的企業奮起直追。全球量產的OLED面板企業以三星、LGD、京東方等企業為主,三星是目前全球最大的中小型OLED屏幕生產商。隨著中國在OLED手機面板領域的投資開始趕超三星和LGD,進入2018年後,三星和LGD都同時暫停了OLED手機面板的新增投資計劃,基本上以保持現在產能規模為主。與此同時,在韓國三星與LG的中小尺寸RGBOLED產線投資停滯了近一年期間內,中國內地的投資腳步卻並沒有放緩。

OLED技術優勢明顯,下游應用面廣泛,包括電視、手機、可穿戴設備、VR等,新一代顯示OLED前景廣闊,而中國目前是全球最大的OLED應用市場。

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OLED產品鏈

國內OLED的主要玩家,可以看到前10名都是做顯示組裝生產的,做基礎研究和材料比較少。

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憑藉著OLED屏色域廣、無需背光板和偏光片、固態結構可實現柔性化等特點,隨著全面屏、窄邊框及曲面屏趨勢在智能手機領域的不斷滲透,我國OLED面板企業在建產能進入密集投產期,對OLED材料的需求高速增長,國內OLED材料企業迎來發展機遇。中小尺寸屏方面,摺疊屏手機預計2018-2019年將有產品發佈,將打破手機和平板電腦之間的界限,引領下一輪電子產品消費升級。據中商產業研究院統計,2018年中國OLED行業市場需達到24100萬片,預計到2022年有望達到47000萬片

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OLED市場規模預測

五、OLED顯示屏技術發展展望

當前OLED器件的研發主要朝著大尺寸、柔性、透明等方向進行。OLED已經在逐漸取代LCD,成為低耗環保的新型顯示設備。目前,OLED技術在小尺寸顯示領域已經實現了商業化,並逐步向大尺寸顯示領域進行市場化擴展。OLED結構簡單,理論上製造成本低於LCD。但目前由於良率難以提高,價格一直居高不下;同時,對於柔性及可穿戴OLED器件而言,柔性基板、柔性TFT、ITO替代陽極及柔性封裝技術上都還需要獲得突破。這些原因都限制了OLED的大面積推廣。然而,OLED製造技術正在不斷成熟,產能不斷提升,製造成本也獲得大幅下降,OLED大規模應用的條件已經基本成熟。OLED作為智能產品的上游製造業已經備受關注,市場潛力非常大。我國企業必須把握好OLED產業,在新一代顯示技術領域中佔據有利位置。


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