OLED显示屏为业界带来急需的希望之光

　　有机发光二极管(OLED)技术在提振行业当前的不景气方面迈出了一大步，它正在显示和照明领域开拓出许多高利润的应用。有迹象表明，有源矩阵(AM) OLED而非无源矩阵(PM) OLED将最终主宰这一应用领域。

　　DisplaySearch公司预测，到2015年，OLED显示屏的营收将从2008年的5.91亿美元增长到60亿美元，年复合增长率(CAGR)将达到40%。届时，OLED电视将成为最大的应用，市场容量总计达26亿美元。手机显示屏(目前主要采用各种尺寸的PM OLED)市场将占到19亿美元（图1A）。

　　该市场研究公司还表示，虽然PM OLED显示屏的单位出货量到2015年将一直增长，但其收入将保持平稳。与此同时，AM OLED的单位出货量将增加两倍，并将在2011年超过PM OLED的出货量（图1b）。

　　DisplaySearch公司指出，目前PM OLED存在严重供过于求的情况。此外，许多建立了大型PM OLED生产线的公司正发现，由于有限的应用和来自LCD显示屏的竞争，这些生产线现在已处于开工不足状况。与LCD显示屏相比，PM OLED显示屏无法像LCD那样以很高性价比做出大型显示屏，因此其应用已受到局限。

　　“去年，AM OLED需求的增长弥补了PM OLED的下滑，”DisplaySearch显示技术总监Jennifer Colegrove说，“展望未来，为OLED找到一个LCD难以与其竞争的缝隙市场是很重要的，如柔性或透明显示或照明。OLED开发商也应该寻找机会把他们的技术与其他热点技术(如触摸屏)结合起来。”

　　另一方面，由于预期对AM OLED有大量需求，因此AM OLED的生产能力正在急剧扩张。与LCD相比，OLED显示屏具有以下优点：更薄的外形、更宽的视角、更快的响应速度、更低功耗、更好的色域和色彩还原、更高的对比度和更宽的工作温度范围。

　　不过，各公司仍然必须解决如何实现更大尺寸的OLED面板和提供更长的工作寿命等问题。另外，还需要更高效且寿命更长的蓝光OLED。为解决这些问题，设计人员正在转向非晶硅、改进的材料、薄膜晶体管(TFT)和金属氧化物驱动器电路、以及可实现TFT底板更高生产良率的更佳工艺方法。

　　AM OLED像素启动和关闭的速度比传统电影中像素运动的速度快两倍多。比PM OLED响应速度更快、功耗更低的AM OLED显示屏是全动态视频和图形显示应用的理想选择。AM OLED更适合于大屏幕显示器和电视机、电子标志牌和广告牌。

　　“AM OLED的能效比PM OLED好很多，”Universal Display Corp(UDC)技术商业化副总裁Janice Mahon说。

PM OLED结构更简单

　　PM OLED的结构比AM OLED的更简单，因此生产成本也更低。PM OLED可以使用传统制造技术来成型。整个面板制造工艺可以很容易地适应更大的面积和高产出制造。PM OLED非常适合低成本和低信息量、对角线1.6至4英寸的小显示面板，如手机、MP3播放器和数码相机所使用的。

　　尽管PM OLED具有这些优势，但火起来的却是AM OLED。几乎所有主要的OLED显示屏制造商，包括索尼、RiT Display、Univision、Nippon Seiki、MicroEmissive Displays、Truly Semiconductor、Samsung SDI、台湾奇晶光电(CMEL)、Pioneer、eMagin、Wintek和LG Display等都已经或将要采用这种技术。

　　AM OLED正在诺基亚、三洋和东芝的高端3G和4G手机中得到应用。其他应用包括：数码相机、数码相框、便携式多媒体播放器、以及手持式电视。

　　OLED(尤其是AM OLED)的驱动可能是很有挑战性的。这是因为与LCD不同，OLED是电流驱动型的。因此，薄膜晶体管(TFT)驱动电路性能的任何变化都将影响到OLED显示屏的亮度。

　　柯达公司开发出整体纠错(GMC)技术来应对AM OLED驱动性能的变化。GMC被整合进侦测并补偿错误的外部驱动器IC。

　　为AM OLED开发和授权完整背板和驱动技术的Ignis Innovations公司提供两种技术平台：AdMo和MaxLife。Admo瞄准的是手持和超移动设备；MaxLife的目标应用则是监视器、台式机和TV。两个平台都有非晶硅和多晶硅版本以纠正图像粘滞(image-sticking)和斑点问题。在今年的CES展上，Ignis展示了采用该公司技术驱动的2.2英寸QVGA OLED显示屏。

　　但这不是说PM OLED技术已经止步不前。近日，TDK展示了一款用于手机的3英寸对角线PM OLED显示屏，它具有QVGA(320×240像素)和宽QVGA(W-QVGA)分辨率。这款显示屏采用了Dialog Semiconductor第一款基于其Smart-Xtend技术的驱动IC。

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      SmartXtend采用带精准动态电流匹配的多线寻址方案。与传统驱动方法比，该方法可把驱动矩阵内流经每个二极管内的峰值电流降低30％。

　　另外值得一提的是剑桥显示技术(CDT)公司的整体矩阵寻址技术，它集无源和有源矩阵寻址技术方案的最佳性能于一身。CDT正努力把该技术推向市场。

电视和手机

　　当索尼两年前推出其11英寸对角线的XEL-1 AM OLED电视时，大屏幕尺寸的OLED似乎并不遥远。但迄今为止，即使XEL-1已上市，因OLED的高制造成本，这种大屏幕并没出现。不过，在今年的CES上，索尼CEO Howard Stringer 说：“索尼的下一步是推出对角线为20到30英寸的OLED TV。”

　　4年前，三星展出了其首款为平板电视研制的40英寸AM OLED工作原型。2007年初，索尼展示了27英寸AM OLED电视原型。但这两款原型至今尚未进入商业化市场。

　　开发中到大尺寸对角线OLED电视的一个障碍涉及以可接受的量子效率水平和寿命生产蓝光OLED。在红、绿、蓝三基色中，蓝色所需能量最高，这三种颜色混合起来才能呈现完整的色域。

　　UDC开发出一项称为UniversalPHOLED的高性能磷光OLED(PHOLED)专利技术，它的效率是传统OLED的四倍。该技术已被手机、多媒体播放器和其他显示设备所采用。在开发新型OLED照明应用时，它也发挥了一个关键的作用。“我们将继续开发更好的蓝光以及红和绿光OLED，”UDC的Mahon说。

　　亚利桑那州立大学(ASU)展示了一款4英寸对角线柔性AM OLED QVGA显示器。它使用了杜邦的Teijin热稳定聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯材料、用180℃工艺制造，并被整合在非晶硅TFT背板上。该显示器是在柔性显示器中心研发的，ASU和UDC都是该中心的创始成员。

　　佛罗里达大学的材料工程师采用荧光材料开发出非常高效的蓝光OLED。这些磷光PHOLED材料的峰值功效比传统器件的提高了300%以上，工程师说。

　　在3.2V启动电位下，该技术在100cd/m2光照条件下，把效率从8±1 lm/W提升到25±2 lm/W。在1000cd/m2条件下，还实现了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光电二极管的电致发光光谱几乎与传统PHOLED的相同。

　　韩国首尔国立大学的研究人员也正在努力改善PHOLED的效率。他们已开发出一种整合了激子阻断层的新型架构，以在高亮度水平下稳定PHOLED的效率，从而使PHOLED更适用于大型显示器和固态照明应用。

　　三星正在开发一款用于电视机和笔记本电脑的14.1英寸对角线AM OLED显示器，可望今年内面世。同时，三星的Omnia HD是最新的一款采用了AM OLED的手机（图2）。这款手机配备了3.7英寸对角线显示器、具有360×640像素、带高速下行分组接入(HSDPA)触摸屏及一个可以录制高清(HD)视频的8百万像素照相机。

　　AM OLED已成功地渗透到高清3G和4G手机中，而在2G手机中，唱主角的是PM OLED。各种市场预测数据显示：到2015年，手机OLED显示器市场规模将达到15到20亿美元，仅次于OLED电视，后者据估计届时将达到20到30亿美元。在数码相机、数码摄像机、近目取景器(near-eye viewer)、微显示器、游戏、笔记本电脑、MP3播放器、便携式DVD播放机和数码相框等领域，AM和PM OLED也都将能派上用场。

发光聚合物

　　聚合物OLED(P-OLED)是种相对简单的OLED构造，它采用发光聚合物(LEP)材料。P-OLED是剑桥大学的卡文迪什实验室于1989年发明的，基于其简单结构，能采用类似喷墨打印那样的溶剂工艺或旋转涂敷工艺对其进行制造，且成本不高。

　　这样一种工艺比常规真空沉积技术要简单和经济得多。目前正进行提升P-OLED低效率水平的工作。Add-Vision、卡西欧和松下等公司在积极研发P-OLED技术，并可能于今或明年进行该显示器的商品化生产。

　　Add-Vision的印刷P-OLED技术提供了许多主流OLED具有的有吸引力的特性，但制造更容易、成本更低。该公司开发出一种混配的P-OLED LEP墨水，它是把LEP与添加剂和输送材料进行特殊掺混和配制得到的。

　　添加剂使在发光聚合物上进行低电压电荷注入和高效率辐射复合成为可能，且不需要不稳定、真空沉积形成的金属电极。此外，这种膜对在真空沉积过程中常见的高通量变异不敏感。

　　Add-Vision结构采用空气稳定可打印阴极材料，它使低电压工作、高功效和均匀发光成为可能。同时，这些材料可在空气中打印且兼容柔性衬底的低温处理（见图3）。

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柔性OLED显示器将流行

　　AM OLED转向柔性显示是个令人振奋的趋势。“消费者被柔性显示及其设备所吸引，不仅是因为它们在设计上是创新的，而且还因为它们提供了更强的功能，”Strategy Analytics的高级用户体验分析师Chris Schreiner说。

　　UDC演示了采用AM OLED的4英寸对角线原型。该原型的制造是UDC联合LG Display和L-3 Communications的显示系统部门一起完成的，它是ASU正在进行工作的一个补充（图4）。UDC还在进行该显示器触摸屏版本的研发。

　　在今年的CES上，索尼演示了称为Flex OLED的柔性AM OLED显示器原型，它装在索尼的Walkman手镯上。索尼相信，该产品会是未来的电子墨水(e-ink)阅读器。三星也看好柔性OLED显示器，并宣称将在今明两年使OLED的生产翻番。迄今，三星已出产了2百万个OLED面板，并表示能在明年使这种显示器商品化。

转向TOLED

　　透明OLED(TOLED)可发出白光，它既可是PM又可是AM器件。他们只有透明组件：基板、阴极和阳极。当关闭时，它的透明度可达到其衬底透明度的85％，如飞利浦的12cm原型TOLED面板所示（见图5）。

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      当TOLED加电时，它允许光线从两个方向穿过。该特性对头顶显示器、光隔栅(白天几乎看不见了，夜晚则是舒适的漫散光)、气氛照明、光幕幔、用于导航和预警系统的汽车挡风玻璃以及建筑物的窗户等应用很有用。开发TOLED的公司包括：欧司朗光电半导体、飞利浦和UDC。原型TOLED预计将在一两年内问世。

　　采用OLED技术的照明是美国能源部(DoE)的一个主要目标，它对该行业为各种照明应用研发节能产品提供资助。美国能源部估计：到2016年，白光OLED在全球节省的电力成本将远不止200亿美元；而减少的二氧化碳排放，仅在美国就将有9百万吨。

　　去年，UDC借助前面提到的UniversalPHOLED技术、采用白光源、在1000cd/m2光照条件下、实现了创纪录的102lm/W能效指标。去年，美国能源部给了该公司190万美元奖金以支持其加快白光OLED照明产品的开发。UDC还把UniversalPHOLED技术授许给柯尼卡美能达公司，后者将其用在柯尼卡的白光OLED照明产品。

　　欧盟(EU)启动了一个称为OLED100的综合研究项目，其目标是以不超过100欧元/m2 的成本、在100×100cm的单元面积上，使OLED的效率达到100 lm/W、使用寿命超过10万小时。在该项目之前，欧盟成功实施了用于照明应用的有机LED(OLLA)计划，其成员包括欧洲领先的电子产品制造商以及研究机构和大学。

　　成员之一的欧司朗半导体公司去年展示了一款10×10cm的OLED面板，它在1000cd/m2条件下，具有30至50lm/W的光输出，寿命为5000小时。在欧司朗这一工作的中间环节，还证明了OLED的白光输出能比以前取得的较低水平有提高。欧司朗采用的是基本的真空沉积技术，使用的是小分子而不是可打印聚合物（图6）。归功于与BASF AG的合作，该面板的光输出后增至60lms/W。

　　Novaled AG公司采用白光堆叠构造在1000 cd/m2条件下，实现了35lm/W 的更高光能效，且寿命为10万小时；该构造串联独立的红、绿和蓝光发射单元或多个白光发射单元。p-i-n结构包含专有材料（图7）。通过选择发光材料及改变传输层厚度，可轻易地把发光颜色调整为等能量的白光以用于显示应用。