- 有機發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)在提振行業(yè)當前的不景氣方面邁出了一大步
- OLED正在顯示和照明領域開拓出許多高利潤的應用
- 目前PM OLED存在嚴重供過于求的情況
- 預期對AM OLED的大量需求導致AM OLED的生產(chǎn)能力正在急劇擴張
- 到2015年，OLED顯示屏的營收將從去年的5.91億美元增長到60億美元，年復合增長率(CAGR)將達到40%
有機發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)在提振行業(yè)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應用。有跡象表明，有源矩陣(AM) OLED而非無源矩陣(PM) OLED將最終主宰這一應用領域。
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，年復合增長率(CAGR)將達到40%。屆時，OLED電視將成為最大的應用，市場容量總計達26億美元。手機顯示屏(目前主要采用各種尺寸的PM OLED)市場將占到19億美元（圖1A）。
該市場研究公司還表示，雖然PM OLED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(wěn)。與此同時，AM OLED的單位出貨量將增加兩倍，并將在2011年超過PM OLED的出貨量（圖1b）。
DisplaySearch公司指出，目前PM OLED存在嚴重供過于求的情況。此外，許多建立了大型PM OLED生產(chǎn)線的公司正發(fā)現(xiàn)，由于有限的應用和來自LCD顯示屏的競爭，這些生產(chǎn)線現(xiàn)在已處于開工不足狀況。與LCD顯示屏相比，PM OLED顯示屏無法像LCD那樣以很高性價比做出大型顯示屏，因此其應用已受到局限。
“去年，AM OLED需求的增長彌補了PM OLED的下滑，”DisplaySearch顯示技術(shù)總監(jiān)Jennifer Colegrove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(fā)商也應該尋找機會把他們的技術(shù)與其他熱點技術(shù)(如觸摸屏)結(jié)合起來。”
另一方面，由于預期對AM OLED有大量需求，因此AM OLED的生產(chǎn)能力正在急劇擴張。與LCD相比，OLED顯示屏具有以下優(yōu)點：更薄的外形、更寬的視角、更快的響應速度、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范圍。
不過，各公司仍然必須解決如何實現(xiàn)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(zhuǎn)向非晶硅、改進的材料、薄膜晶體管(TFT)和金屬氧化物驅(qū)動器電路、以及可實現(xiàn)TFT底板更高生產(chǎn)良率的更佳工藝方法。
AM OLED像素啟動和關閉的速度比傳統(tǒng)電影中像素運動的速度快兩倍多。比PM OLED響應速度更快、功耗更低的AM OLED顯示屏是全動態(tài)視頻和圖形顯示應用的理想選擇。AM OLED更適合于大屏幕顯示器和電視機、電子標志牌和廣告牌。
“AM OLED的能效比PM OLED好很多，”Universal Display Corp(UDC)技術(shù)商業(yè)化副總裁Janice Mahon說。
PM OLED結(jié)構(gòu)更簡單
PM OLED的結(jié)構(gòu)比AM OLED的更簡單，因此生產(chǎn)成本也更低。PM OLED可以使用傳統(tǒng)制造技術(shù)來成型。整個面板制造工藝可以很容易地適應更大的面積和高產(chǎn)出制造。PM OLED非常適合低成本和低信息量、對角線1.6至4英寸的小顯示面板，如手機、MP3播放器和數(shù)碼相機所使用的。
盡管PM OLED具有這些優(yōu)勢，但火起來的卻是AM OLED。幾乎所有主要的OLED顯示屏制造商，包括索尼、RiT Display、Univision、Nippon Seiki、MicroEmissive Displays、Truly Semiconductor、Samsung SDI、臺灣奇晶光電(CMEL)、Pioneer、eMagin、Wintek和LG Display等都已經(jīng)或?qū)⒁捎眠@種技術(shù)。
AM OLED正在諾基亞、三洋和東芝的高端3G和4G手機中得到應用。其他應用包括：數(shù)碼相機、數(shù)碼相框、便攜式多媒體播放器、以及手持式電視。
OLED(尤其是AM OLED)的驅(qū)動可能是很有挑戰(zhàn)性的。這是因為與LCD不同，OLED是電流驅(qū)動型的。因此，薄膜晶體管(TFT)驅(qū)動電路性能的任何變化都將影響到OLED顯示屏的亮度。
柯達公司開發(fā)出整體糾錯(GMC)技術(shù)來應對AM OLED驅(qū)動性能的變化。GMC被整合進偵測并補償錯誤的外部驅(qū)動器IC。
為AM OLED開發(fā)和授權(quán)完整背板和驅(qū)動技術(shù)的Ignis Innovations公司提供兩種技術(shù)平臺：AdMo和MaxLife。Admo瞄準的是手持和超移動設備；MaxLife的目標應用則是監(jiān)視器、臺式機和TV。兩個平臺都有非晶硅和多晶硅版本以糾正圖像粘滯(image-sticking)和斑點問題。在今年的CES展上，Ignis展示了采用該公司技術(shù)驅(qū)動的2.2英寸QVGA OLED顯示屏。
但這不是說PM OLED技術(shù)已經(jīng)止步不前。近日，TDK展示了一款用于手機的3英寸對角線PM OLED顯示屏，它具有QVGA(320×240像素)和寬QVGA(W-QVGA)分辨率。這款顯示屏采用了Dialog Semiconductor第一款基于其Smart-Xtend技術(shù)的驅(qū)動IC。[page]
SmartXtend采用帶精準動態(tài)電流匹配的多線尋址方案。與傳統(tǒng)驅(qū)動方法比，該方法可把驅(qū)動矩陣內(nèi)流經(jīng)每個二極管內(nèi)的峰值電流降低30％。
另外值得一提的是劍橋顯示技術(shù)(CDT)公司的整體矩陣尋址技術(shù)，它集無源和有源矩陣尋址技術(shù)方案的最佳性能于一身。CDT正努力把該技術(shù)推向市場。
電視和手機
當索尼兩年前推出其11英寸對角線的XEL-1 AM OLED電視時，大屏幕尺寸的OLED似乎并不遙遠。但迄今為止，即使XEL-1已上市，因OLED的高制造成本，這種大屏幕并沒出現(xiàn)。不過，在今年的CES上，索尼CEO Howard Stringer 說：“索尼的下一步是推出對角線為20到30英寸的OLED TV。”
4年前，三星展出了其首款為平板電視研制的40英寸AM OLED工作原型。2007年初，索尼展示了27英寸AM OLED電視原型。但這兩款原型至今尚未進入商業(yè)化市場。
開發(fā)中到大尺寸對角線OLED電視的一個障礙涉及以可接受的量子效率水平和壽命生產(chǎn)藍光OLED。在紅、綠、藍三基色中，藍色所需能量最高，這三種顏色混合起來才能呈現(xiàn)完整的色域。
UDC開發(fā)出一項稱為UniversalPHOLED的高性能磷光OLED(PHOLED)專利技術(shù)，它的效率是傳統(tǒng)OLED的四倍。該技術(shù)已被手機、多媒體播放器和其他顯示設備所采用。在開發(fā)新型OLED照明應用時，它也發(fā)揮了一個關鍵的作用。“我們將繼續(xù)開發(fā)更好的藍光以及紅和綠光OLED，”UDC的Mahon說。
亞利桑那州立大學(ASU)展示了一款4英寸對角線柔性AM OLED QVGA顯示器。它使用了杜邦的Teijin熱穩(wěn)定聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯材料、用180℃工藝制造，并被整合在非晶硅TFT背板上。該顯示器是在柔性顯示器中心研發(fā)的，ASU和UDC都是該中心的創(chuàng)始成員。
佛羅里達大學的材料工程師采用熒光材料開發(fā)出非常高效的藍光OLED。這些磷光PHOLED材料的峰值功效比傳統(tǒng)器件的提高了300%以上，工程師說。
在3.2V啟動電位下，該技術(shù)在100cd/m2光照條件下，把效率從8±1 lm/W提升到25±2 lm/W。在1000cd/m2條件下，還實現(xiàn)了20lm/W的效率。其17±1％的最高量子效率有5%的提升，而采用的p-i-n光電二極管的電致發(fā)光光譜幾乎與傳統(tǒng)PHOLED的相同。
韓國首爾國立大學的研究人員也正在努力改善PHOLED的效率。他們已開發(fā)出一種整合了激子阻斷層的新型架構(gòu)，以在高亮度水平下穩(wěn)定PHOLED的效率，從而使PHOLED更適用于大型顯示器和固態(tài)照明應用。
三星正在開發(fā)一款用于電視機和筆記本電腦的14.1英寸對角線AM OLED顯示器，可望今年內(nèi)面世。同時，三星的Omnia HD是最新的一款采用了AM OLED的手機（圖2）。這款手機配備了3.7英寸對角線顯示器、具有360×640像素、帶高速下行分組接入(HSDPA)觸摸屏及一個可以錄制高清(HD)視頻的8百萬像素照相機。
AM OLED已成功地滲透到高清3G和4G手機中，而在2G手機中，唱主角的是PM OLED。各種市場預測數(shù)據(jù)顯示：到2015年，手機OLED顯示器市場規(guī)模將達到15到20億美元，僅次于OLED電視，后者據(jù)估計屆時將達到20到30億美元。在數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、近目取景器(near-eye viewer)、微顯示器、游戲、筆記本電腦、MP3播放器、便攜式DVD播放機和數(shù)碼相框等領域，AM和PM OLED也都將能派上用場。
發(fā)光聚合物
聚合物OLED(P-OLED)是種相對簡單的OLED構(gòu)造，它采用發(fā)光聚合物(LEP)材料。P-OLED是劍橋大學的卡文迪什實驗室于1989年發(fā)明的，基于其簡單結(jié)構(gòu)，能采用類似噴墨打印那樣的溶劑工藝或旋轉(zhuǎn)涂敷工藝對其進行制造，且成本不高。
這樣一種工藝比常規(guī)真空沉積技術(shù)要簡單和經(jīng)濟得多。目前正進行提升P-OLED低效率水平的工作。Add-Vision、卡西歐和松下等公司在積極研發(fā)P-OLED技術(shù)，并可能于今或明年進行該顯示器的商品化生產(chǎn)。
Add-Vision的印刷P-OLED技術(shù)提供了許多主流OLED具有的有吸引力的特性，但制造更容易、成本更低。該公司開發(fā)出一種混配的P-OLED LEP墨水，它是把LEP與添加劑和輸送材料進行特殊摻混和配制得到的。
添加劑使在發(fā)光聚合物上進行低電壓電荷注入和高效率輻射復合成為可能，且不需要不穩(wěn)定、真空沉積形成的金屬電極。此外，這種膜對在真空沉積過程中常見的高通量變異不敏感。
Add-Vision結(jié)構(gòu)采用空氣穩(wěn)定可打印陰極材料，它使低電壓工作、高功效和均勻發(fā)光成為可能。同時，這些材料可在空氣中打印且兼容柔性襯底的低溫處理（見圖3）。[page]
柔性OLED顯示器將流行
AM OLED轉(zhuǎn)向柔性顯示是個令人振奮的趨勢。“消費者被柔性顯示及其設備所吸引，不僅是因為它們在設計上是創(chuàng)新的，而且還因為它們提供了更強的功能，”Strategy Analytics的高級用戶體驗分析師Chris Schreiner說。
UDC演示了采用AM OLED的4英寸對角線原型。該原型的制造是UDC聯(lián)合LG Display和L-3 Communications的顯示系統(tǒng)部門一起完成的，它是ASU正在進行工作的一個補充（圖4）。UDC還在進行該顯示器觸摸屏版本的研發(fā)。
在今年的CES上，索尼演示了稱為Flex OLED的柔性AM OLED顯示器原型，它裝在索尼的Walkman手鐲上。索尼相信，該產(chǎn)品會是未來的電子墨水(e-ink)閱讀器。三星也看好柔性OLED顯示器，并宣稱將在今明兩年使OLED的生產(chǎn)翻番。迄今，三星已出產(chǎn)了2百萬個OLED面板，并表示能在明年使這種顯示器商品化。
轉(zhuǎn)向TOLED
透明OLED(TOLED)可發(fā)出白光，它既可是PM又可是AM器件。他們只有透明組件：基板、陰極和陽極。當關閉時，它的透明度可達到其襯底透明度的85％，如飛利浦的12cm原型TOLED面板所示（見圖5）。
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當TOLED加電時，它允許光線從兩個方向穿過。該特性對頭頂顯示器、光隔柵(白天幾乎看不見了，夜晚則是舒適的漫散光)、氣氛照明、光幕幔、用于導航和預警系統(tǒng)的汽車擋風玻璃以及建筑物的窗戶等應用很有用。開發(fā)TOLED的公司包括：歐司朗光電半導體、飛利浦和UDC。原型TOLED預計將在一兩年內(nèi)問世。
采用OLED技術(shù)的照明是美國能源部(DoE)的一個主要目標，它對該行業(yè)為各種照明應用研發(fā)節(jié)能產(chǎn)品提供資助。美國能源部估計：到2016年，白光OLED在全球節(jié)省的電力成本將遠不止200億美元；而減少的二氧化碳排放，僅在美國就將有9百萬噸。
去年，UDC借助前面提到的UniversalPHOLED技術(shù)、采用白光源、在1000cd/m2光照條件下、實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的102lm/W能效指標。去年，美國能源部給了該公司190萬美元獎金以支持其加快白光OLED照明產(chǎn)品的開發(fā)。UDC還把UniversalPHOLED技術(shù)授許給柯尼卡美能達公司，后者將其用在柯尼卡的白光OLED照明產(chǎn)品。
歐盟(EU)啟動了一個稱為OLED100的綜合研究項目，其目標是以不超過100歐元/m2 的成本、在100×100cm的單元面積上，使OLED的效率達到100 lm/W、使用壽命超過10萬小時。在該項目之前，歐盟成功實施了用于照明應用的有機LED(OLLA)計劃，其成員包括歐洲領先的電子產(chǎn)品制造商以及研究機構(gòu)和大學。
成員之一的歐司朗半導體公司去年展示了一款10×10cm的OLED面板，它在1000cd/m2條件下，具有30至50lm/W的光輸出，壽命為5000小時。在歐司朗這一工作的中間環(huán)節(jié)，還證明了OLED的白光輸出能比以前取得的較低水平有提高。歐司朗采用的是基本的真空沉積技術(shù)，使用的是小分子而不是可打印聚合物（圖6）。歸功于與BASF AG的合作，該面板的光輸出后增至60lms/W。
Novaled AG公司采用白光堆疊構(gòu)造在1000 cd/m2條件下，實現(xiàn)了35lm/W 的更高光能效，且壽命為10萬小時；該構(gòu)造串聯(lián)獨立的紅、綠和藍光發(fā)射單元或多個白光發(fā)射單元。p-i-n結(jié)構(gòu)包含專有材料（圖7）。通過選擇發(fā)光材料及改變傳輸層厚度，可輕易地把發(fā)光顏色調(diào)整為等能量的白光以用于顯示應用。
