崭露头角 走近新一代OLED显示技术

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前言

      继纯平显示器陆续取代我们现在所使用的传统CRT之后，LCD也逐渐走近千家万户，然而，在显示产品领域历经了一场又一场的波澜壮阔的革命之后，我们未来在显示产品上又将会迎接什么的技术革新，给我们带来什么显示领域的新惊喜呢？这就是下文即将谈到的下一代的平板显示器OLED显示技术。
   
   认识什么是OLED

   
      OLED即英文Organic Light Emitting Diode的缩写，中文译作：有机发光二极管。自2003年开始正式有厂家把OLED技术应用在数码相机、手机等数字产品的显示屏幕上，更进一步推进其加速发展，OLED显示器的制造和生产被各大厂家提上议事日程。从目前三星、LG、NEC等纷纷推出带有OLED的显示屏的手机就能看出OLED在显示产品的应用上超越了LCD的产品。正是因为价格和成本控制非常优良，并且具备优秀的显示效果而被很多人称之为液晶（LCD）的杀手。
   OLED正是凭借了某些特殊的碳基分子可以在电荷传递过程中发射出不同颜色的光作为基本的工作原理，把这些特殊材料聚合成高分子（塑状），然后制成可用于显示的材料。在OLED的生产上，被动短阵技术可以采用低信息密度显示设备，而对于计算机、电视等高信息密度显示设备就需要使用主动短阵技术了。
   
   具有优异性能的OLED

      OLED是当前平板显示器业界的新宠儿，很多公司都正在对此进行研发，并努力将该技术推向市场。这跟它所具有的优势是分不开的，就以OLED跟现在的LCD屏幕比较起来，我们可以发现OLED确实存在诸多的优点：

  

   

        在机身外形设计上，OLED的显示屏幕可以做得非常纤细，因为OLED器件的核心层厚度很薄，厚度甚至可以小于1毫米，这样的厚度仅为目前液晶显示器的1/3。所以它的厚度要比LCD屏更薄，更纤细。同时，由于OLED还可以在不同材质的基板上制造，令它在外形设计上可以做出各种各样的弯曲形状的柔软显示设备，来配合各种需要。此外，在OLED器件的单个像素中，其尺寸可以相当小，并且还预留了很大的空间减幅潜力，令它特别适合应用在今后高速发展的微显示设备中。
   我们都知道，液晶材料在比较低温的环境中，它的显示效果让人痛心，不过OLED就没有这个缺点，OLED的低温特性尤其好，就算在-40℃的条件下也能正常显示。除了可以应付严寒的环境外，OLED的抗冲击能力也较强，由于OLED器件均为全固态机构，且采用无真空、液体物质，所以抗震性能良好，可以适应巨大的加速度、振动等恶劣环境，从而使OLED的应用范围可以更加广泛。OLED可以自身发光，而LCD则不会发光，这使得OLED比目前的LCD屏幕要光亮很多，并且对比度更大，色彩效果表现也较好。同时，OLED的发光转化效率也较高，由于现时的LCD需要背景灯光来点亮，而OLED只是需要在添加点亮的单元的时候才加上电源，所以OLED所需要的电压比较低，比号称省电的LCD屏幕更加低功耗，更为节电。
   OLED的失真现象较小，不像现在的LCD屏幕，会有严重的水平和垂直的视角失真，由于OLED所具有的主动发光的特性，属于发射型的设计，令它基本没有视角范围的限制，视角一般都可以达到1600以上，这样在很大的角度内观看，甚至从侧面观看也不会感觉失真。目前液晶屏幕主要的缺点还表现在它的响应时间较长，对于一些游戏显示等快速画面的显示会出现“拖影”的现象，而OLED就彻底解决了这个问题，这主要归功于OLED器件的单个像素的响应速度得到显著提升，其速度是目前液晶材料元件的1000倍以上，完全可以实现高质素的视频回放和3D游戏显示，可跟现在的CRT的响应速度相媲美。
   在重量方面，OLED的设计重量还要比LCD轻得多，因为在制造工艺上，OLED所需材料很少，它只有一个底层，制造工艺也相对简单，只需要86道工序，而LCD却要上200道，它对材料和工艺的要求都比LCD减少约1/3，成本将会更加低。据估计OLED量产时的成本要比LCD至少节省20%，这也是将来在显示屏生产中，现有的LCD技术会被OLED技术所取代，在生产成本和产品性能上的优势奠定了优厚的基础。
   在现阶段，OLED面临的最大的缺点就是寿命比LCD要短，由于OLED只能达到约5000个工作小时，比起现在的LCD可以高达10000个工作小时要明显逊色。在技术层面上能够彻底解决这个难题目前仍较困难，而要缩短两者的工作时间的差距，至少还需要4到5年的时间，这就迫使目前的OLED产品仍只能适合在一些不经常使用的设备上，譬如车载的DVD播放器、掌上电脑PDA、数码相机、数码摄像机、便携式影碟机等等的数码产品，对于要真正广泛应用在桌面型的计算机中，还需尚待时日，所以OLED目前还不太适合作为计算机的显示输出设备。此外，由于要适应计算机或者是电视机的显示要求，OLED必须采用主动矩阵技术，这就使OLED不可避免地要面临和主动矩阵液晶同样的合格率偏低问题。
   
   OLED技术如何诞生？

      那么OLED技术到底是什么时候出现的呢？其实早在1987年，就已经有人开始对OLED进行研究。这是受聘了Kodak公司的汪根样博士无意间发现的有机蓄电池所产生的发光现象，并从此开始了关于OLED的研究，为OLED技术迈出了第一步。作为出生在香港的汪根样博士不愧是我们中国人的骄傲。后来汪根样继续研究发现：在小分子有机材料中，它们与金属半导体类似，可以在电场的作用下产生发光现象，而且这些小分子的有机材料的电光转换效率非常高。在电路控制下，OLED能快速地点亮和熄灭，每秒可操作60次，亮度很高，工作电压却非常之低。
   与此同时，在英国剑桥大学攻读博士的Jeremy Burroughes也在一年之后证明，大分子的聚合物也有场致发光效应。之后，Jeremy便与他的导师一起创建了剑桥显示技术公司，同样走上了研究OLED的道路，开辟了与Kodak公司截然不同的OLED研发路子。
   
   特殊的结构造就出OLED优异的性能

      OLED所具备的优异性能跟它的特殊结构的关系是密不可分的，在OLED显示屏中，每个OLED单元犹如一块多层的夹心饼干，其中的发光材料就是夹在每个单元的中间，好比是饼干中的馅料，每个单元都能受控地产生3种不同颜色的光，它的结构如图2所示。

  

        在类型上，OLED与LCD一样，分为主动式和被动式两大类。被动方式下由行列地址选中的单元被点亮。主动方式下，OLED单元后有一个薄膜晶体管（TFT），发光单元在TFT驱动下点亮。主动式的OLED比较省电，但在显示性能上，被动式的OLED的显示效果会更佳。而OLED的关键元件包括了ITO导电玻璃、小分子有机材料、封装相关材料、高纯度金属材料、低温多晶矽TFT技术及驱动IC等等；而TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色滤光片及液晶材料等。从材料的需要方面来说，TFT-LCD总的面板厚度约1cm左右，不过OLED的材料则仅包括1片约1.3mm的玻璃基板以及小于0.3mm的高纯度金属材料和ITO导电玻璃等，总厚度小于2mm，两者相比，OLED的面板厚度只是TFT LCD的10%~20%，因此OLED不但比TFT LCD减少许多材料，也因此可以进一步降低生产成本，此外由于OLED与TFT-LCD的发光源不同，所以也减低了平板显示屏在视角上的缺陷。
   
   OLED技术应用前景广泛

        OLED技术除了用于我们日常熟悉的桌面计算机系统中之外，它的另一个应用就是用在微型显示器上，这里所说的微显示器（Microdisplay）一般是指3.3cm以下的显示器，它目前主要分为LCD和OLED两大类。
   微型显示这种小东西是针对在无线环境中，移动设备小得能装在衣服口袋里的设计，同时，如果使用这种小巧的OLED屏幕来欣赏大屏幕的DVD影片时，也无须担心它的显示面积过于狭小，只要给这类微显示器配上一副虚拟的光学系统就可以迎刃而解了。该光学系统可以有单眼用和双眼用两种类型，单眼系统使用者在看显示器的同时也能关注其他事物，但双眼系统视觉效果更好。微型显示的技术最早是应用在战斗机的飞行员当中，现在的发展趋势是主要用在穿戴式电脑上。通过这种微型显示，移动设备就不再受到显示器体积庞大，耗电大的制约。加上OLED比LCD具有更加优胜的特性，令OLED的应用更加广泛，前景更好。OLED所使用的玻璃基板厚度略大于1mm，加上驱动IC以及玻璃保护层，厚度也仅2mm左右，比一般LCD的厚度减少许多，而且OLED的驱动电压非常低，反应时间也几乎为即时，完全可以应付动态图像的显示要求。
   OLED目前虽只能开发单彩小规格的显示器，主要应用在车用型显示器，移动电话、游戏机、PDA、Handled-PC，但未来在高解析度的全彩化小尺寸显示器开发成功后，则更可应用在DV摄影机、数码相机以及SMART-PHONE等各类的便携式产品上。
   
   OLED的市场发展情状

      OLED显示器已经被公认为是下一代可以取代STN LCD的产品，尤其在日本Pioneer公司推出他们的车用型单色及多彩显示器产品之后，进一步证明了OLED产品的巨大潜力，因此使得OLED显示器是继薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）之后在平面显示器上另一个崭露头角的显示设备新力军，并且迅速成为近两年来各大制造商最热门的投资目标之一，根据美国Standard Resouree资料显示，2001年全球OLED销售金额仅300万美元，但到2002年达2.1亿美元，增长近70倍。OLED不需背光源、省电、亮度更高、成本更低的特点，也令OLED所具有的有机发光技术吸引了更多的厂商注意。
   如日本现已有10多家日本厂商在加紧对OLED的研发工作，当中要算PIONEER公司的成绩最佳。我国台湾是目前投入OLED厂商最多的地方。由于OLED产业的基础同样也是处理小分子结构材料，所以对于CD-R业者切入非常有利；而生产LED显示设备的厂商也是基于OLED与LED具有很多相似的驱动方式，所以吸引他们投入时间和精力来研发。
   OLED广阔的市场空间无疑是引发各大显示器厂商争相竞逐，加入激烈竞争的战团。现在的液晶面板基本上是形成了日、韩、台三方对垒的格局。不过以全新OLED技术的产品而言，市场格局将有可能出现变化。由于美国的KODAK公司拥有OLED的相关技术专利权，因此在竞争中掌握了主导权，而在2002年初，三洋与KODAK共同建立的显示器合资公司在OLED产品上无疑是最具有竞争力的厂家之一，而且其现在已经成为了OLED主要供应商的厂家之一。
   未来厂商的目标是进军大面积OLED的市场，这样将会造成液晶电视与等离子的市场地位的下滑。预计到了2005年，OLED大屏幕显示器的成功研发潮必将引发显示产品的激烈市场竞争。不过，现阶段很多TFT-LCD厂家都开始了两手准备的市场策略，希望进一步考虑将产品分为两条战线，一条是继续生产LCD并发展到LCD-TV和液晶投影设备上，而另外一条线就是开始涉足OLED领域，当市场步入成熟后就全面发力扩大产能，而不至于被竞争对手分食整个显示市场。

结语

        虽然现今LCD显示屏具有低辐射、环保健康和低能耗等诸多优点，但面对它自身的响应时间较慢、视角范围小、色彩亮度低的缺点也限制了部分专业用途的用户去使用LCD。不过，以上制约着平板显示屏的技术瓶颈也将会被下一代的OLED显示技术所打破，从OLED的低能耗、高亮度，反应时间短以及没有视角限制等优异特性来看，OLED毋庸置疑将是下一代的平板显示设备的新星，为我们的显示新视野展开崭新的一页。