王大巍

（京東方科技集團(tuán)股份有限公司，北京 100176）

1 引 言

顯示屏作為人機(jī)交互界面，隨著手機(jī)、計(jì)算機(jī)和電視的發(fā)展，技術(shù)也不斷發(fā)展變化。陰極射線管（CRT）從電視應(yīng)用開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展拓展到桌面電腦顯示器；等離子顯示器（PDP）主要應(yīng)用在電視上，在與液晶顯示器（LCD）競(jìng)爭(zhēng)中逐步退出；LCD 隨著便攜筆記本電腦顯示屏需求而發(fā)展起來(lái)，逐步擴(kuò)展到手機(jī)、桌面顯示器和電視等幾乎所有顯示應(yīng)用。從LCD 開(kāi)始薄膜晶體管（TFT）驅(qū)動(dòng)方式成為主流，即半導(dǎo)體顯示的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)始。LCD 器件中的TFT 僅起開(kāi)關(guān)的作用，一個(gè)子像素配備一個(gè)TFT 即可，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）也是TFT 驅(qū)動(dòng)，但其不僅要作為開(kāi)關(guān)，也要通過(guò)其控制流經(jīng)OLED 的電流，并保證驅(qū)動(dòng)所有像素的TFT 性能差異最小。要達(dá)到上述要求，一個(gè)子像素至少需要3 個(gè)以上的TFT 才能驅(qū)動(dòng)，因此其要求大幅提升。LCD 和OLED存在相似性和產(chǎn)業(yè)化工藝的繼承性。OLED 伴隨著LCD 的發(fā)展不斷進(jìn)行改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化探索，鑒于LCD 的應(yīng)用拓展，人們也期望OLED 能和LCD 一樣不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。眾所周知，OLED 生產(chǎn)線的固定資產(chǎn)投資遠(yuǎn)高于LCD 生產(chǎn)線［1］，OLED 產(chǎn)品只有提供更大的附加價(jià)值才能獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。游戲和照相等應(yīng)用的發(fā)展，給顯示提出了更多更高的要求，也為OLED 的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。但OLED 在手機(jī)產(chǎn)品上量產(chǎn)已經(jīng)超過(guò)10 年，其在其他更大尺寸應(yīng)用上進(jìn)展不大。本文通過(guò)對(duì)OLED 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化歷程的回溯，對(duì)已量產(chǎn)技術(shù)方案的產(chǎn)品性能分析及與LCD 的對(duì)比，分析了存在的問(wèn)題并探索了未來(lái)發(fā)展需解決的難點(diǎn)。

2 產(chǎn)業(yè)化回顧

OLED 產(chǎn)業(yè)化探索首先是被動(dòng)驅(qū)動(dòng)OLED（PMOLED）產(chǎn)品，該技術(shù)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，雖然在尺寸和分辨率上有限制，但前期廠商可利用其改善了OLED 發(fā)光器件性能和發(fā)光材料的成熟度。在2000 年左右，不同公司開(kāi)始探索主動(dòng)驅(qū)動(dòng)OLED（AMOLED）應(yīng)用，包括日本先鋒公司在汽車(chē)音響顯示面板上，日本三洋公司和美國(guó)柯達(dá)聯(lián)手在數(shù)碼相機(jī)上，摩托羅拉和友達(dá)光電在手機(jī)上，日本Sony 公司在顯示器和電視上的應(yīng)用［2］。

AMOLED 大批量量產(chǎn)是2010 年左右三星公司在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，技術(shù)方案是低溫多晶硅薄膜晶體管（LTPS-TFT）和頂發(fā)射紅綠藍(lán)三色有機(jī)發(fā)光材料蒸鍍。初期是以玻璃為基板，玻璃粉激光熔封的剛性O(shè)LED，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1（a）；幾年后又量產(chǎn)以聚酰亞胺為基板，薄膜封裝的柔性O(shè)LED，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1（b）。這兩種在手機(jī)等小尺寸應(yīng)用的技術(shù)方案均使用了高精細(xì)金屬掩模板進(jìn)行三色有機(jī)發(fā)光材料的蒸鍍。鑒于初期柔性O(shè)LED 在折疊等應(yīng)用上技術(shù)尚不成熟，三星公司設(shè)計(jì)了一種在寬度方向略彎曲的手機(jī)（Galaxy Round），而LGD 公司則探索了一種在長(zhǎng)度方向整體略有彎曲的手機(jī)（G-Flex），見(jiàn)圖2。這兩種柔性應(yīng)用沒(méi)有進(jìn)一步推廣。接下來(lái)三星公司推出了一種在屏幕側(cè)邊略彎曲的手機(jī)Galaxy Edge（單邊和雙邊），該設(shè)計(jì)概念在柔性O(shè)LED 應(yīng)用上獲得進(jìn)一步推廣，推動(dòng)了全面屏手機(jī)的不斷發(fā)展。直到2019 年，京東方和三星公司分別大批量量產(chǎn)了外折疊（Mate X）和內(nèi)折疊（Galaxy Fold）的柔性O(shè)LED，首次發(fā)揮了OLED 的柔性?xún)?yōu)勢(shì)。2020 年，手機(jī)用OLED 出貨量約4.5 億片，全面占領(lǐng)高端手機(jī)市場(chǎng)，不斷向中端手機(jī)市場(chǎng)滲透。

圖1 OLED 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural sketch of OLED

圖2 OLED 階段性代表產(chǎn)品圖Fig.2 Representative product photo of OLED

2013 年，LGD 公 司 推 出 大 尺 寸OLED 電 視屏，技術(shù)方案是氧化物薄膜晶體管和底發(fā)射白光加彩色濾光片［3］，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1（c）。到2018 年，全球OLED 電視出貨量超過(guò)200 萬(wàn)臺(tái)，滲透率約為1%［4］。

隨著手機(jī)和電視用屏幕的產(chǎn)線建設(shè)的增多，為了提高產(chǎn)線的利用率，更多應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化探索也逐漸增多。筆記本電腦是其中比較大的可能市場(chǎng)，據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Omdia 統(tǒng)計(jì)，全球筆記本電腦年銷(xiāo)售超過(guò)2 億臺(tái)，而OLED 在2019 年出貨量?jī)H為15 萬(wàn)臺(tái)，2020 年98 萬(wàn)臺(tái)，迄今為止?jié)B透率不及1%。

3 問(wèn)題分析

TFT-LCD 的大批量產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是從筆記本電腦用屏幕開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)沒(méi)有其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)存在，而后分別向小尺寸和大尺寸拓展，不同尺寸應(yīng)用的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒(méi)有大的變化。與TFT-LCD技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化路徑不同，AMOLED 產(chǎn)業(yè)化分別從小尺寸和大尺寸開(kāi)始，產(chǎn)業(yè)化初期就面臨既有技術(shù)TFT-LCD 的競(jìng)爭(zhēng)，且應(yīng)用于小尺寸和大尺寸的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案差異較大，難以形成合力促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化。手機(jī)上的技術(shù)方案應(yīng)用發(fā)展較快，電視技術(shù)方案的應(yīng)用滲透率不及預(yù)期，筆記本電腦上的技術(shù)方案目前以小尺寸方案居多，但明顯需要較大變化才能進(jìn)一步拓展應(yīng)用。除了成本上和競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)相比還比較高，技術(shù)上也存在很多需要解決的問(wèn)題。

3.1 性能預(yù)期優(yōu)勢(shì)不夠突出

首先，OLED 技術(shù)被認(rèn)為屬于自發(fā)光器件，有高對(duì)比度、輕薄、可彎折、低功耗、寬視角、廣色域、快速響應(yīng)等［5-9］技術(shù)優(yōu)勢(shì)。利用OLED 制作的顯示屏，與現(xiàn)有TFT-LCD 對(duì)比，只有高對(duì)比度和可彎折的優(yōu)勢(shì)有所體現(xiàn)，其他優(yōu)勢(shì)并不突出，甚至有所不如，下面將逐項(xiàng)分析其原因。

（1）高對(duì)比度。OLED 像素是主動(dòng)發(fā)光，因此對(duì)比度可以非常高，至少100 000∶1 以上，該優(yōu)勢(shì)能否在產(chǎn)品中體現(xiàn)出來(lái)需要考慮人眼的分辨能力和競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的性能提升。人眼能感知并分辨的對(duì)比度為10 000∶1［10］，但人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜的視覺(jué)信息處理系統(tǒng)，涉及生物學(xué)和心理物理學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，人的視覺(jué)系統(tǒng)能夠主動(dòng)適應(yīng)的光強(qiáng)度級(jí)別范圍很寬，在進(jìn)入特定環(huán)境下，人眼會(huì)根據(jù)環(huán)境亮度調(diào)整，即亮度適應(yīng)現(xiàn)象。在特定亮度下，人眼分辨亮度變化的能力是有限的。在視覺(jué)系統(tǒng)的亮度分辨能力研究方面有一個(gè)著名的韋伯實(shí)驗(yàn)，研究的內(nèi)容是人眼視覺(jué)系統(tǒng)在一定背景亮度下的亮度分辨能力，即亮度敏感性。圖3 顯示的是人眼在不同亮度灰度級(jí)下對(duì)數(shù)字圖像的敏感性曲線［11］，從圖中可知，人眼對(duì)偏暗和偏亮環(huán)境敏感性弱于中間亮度，也就是說(shuō)在偏暗和偏亮環(huán)境下需要更高對(duì)比度才能讓人眼感知到差別。最明顯的例子是在戶(hù)外太陽(yáng)光比較強(qiáng)的情況下，顯示屏需要高對(duì)比度才能保證可視性。在中間亮度環(huán)境下保持顯示質(zhì)量所需的對(duì)比度將低于10 000∶1。在室內(nèi)的亮度環(huán)境下，如果不是兩個(gè)顯示產(chǎn)品放在一起，對(duì)比度超過(guò)1 000∶1 后，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，變化的可感知度變低。一般顯示器的對(duì)比度指標(biāo)為靜態(tài)對(duì)比度，屬于暗室測(cè)量值。當(dāng)環(huán)境亮度升高后，顯示器自身亮度是另外一個(gè)影響因素，環(huán)境亮度越高，顯示屏自身亮度在對(duì)比度中所占比重越大。另外一個(gè)需要考慮的是競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，即TFT-LCD 的對(duì)比度提升，為提升戶(hù)外等高亮度環(huán)境下可視性［12-13］，TFT-LCD 一 直 在 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì)、工 藝 和 材料，通過(guò)液晶材料的變化、背光源控制以及雙盒設(shè)計(jì)不斷提升對(duì)比度［14］，使其對(duì)比度可以超過(guò)10 000∶1。從上面的分析可知，OLED 高對(duì)比度的優(yōu)勢(shì)并不明顯。

圖3 數(shù)字圖像的亮度適應(yīng)性圖［11］Fig.3 Luminance adaptation for digital images

（2）輕薄。OLED 產(chǎn)品與LCD 產(chǎn)品比較確實(shí)可以做到更輕更薄，特別是柔性O(shè)LED 可以做到輕薄50%以上，但帶來(lái)的用戶(hù)體驗(yàn)不如預(yù)期好。以厚度為例，如表1 所示，TFT-LCD 產(chǎn)品也做到了相當(dāng)好的水平，一般可以做到1.5 mm 以下。由于少了背光源和一片偏光片，基板厚度變薄，柔性O(shè)LED 可以做到小于1 mm，甚至0.5 mm，雖然降低的幅度很大，但從使用者來(lái)看，絕對(duì)值變化帶來(lái)的價(jià)值沒(méi)有預(yù)期大。

表1 小尺寸LCD 與OLED 產(chǎn)品厚度分解表Tab.1 Thickness decomposition of small size LCD and OLED （mm）

（3）可彎折。柔性O(shè)LED 可彎折的特性是其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用推廣中進(jìn)展比較慢［15］。一方面是柔性O(shè)LED 改變了消費(fèi)者的使用習(xí)慣，與可以以標(biāo)準(zhǔn)化可控品質(zhì)產(chǎn)品提交給客戶(hù)的LCD或剛性O(shè)LED 比較，柔性O(shè)LED 在使用時(shí)屏幕會(huì)發(fā)生彎折變化，需要和整機(jī)的結(jié)構(gòu)件相互配合才能實(shí)現(xiàn)柔性的折疊、卷曲等動(dòng)作，其屏幕設(shè)計(jì)和整機(jī)設(shè)計(jì)目前分別是不同廠商負(fù)責(zé)，這導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期變長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本增加，涉及產(chǎn)業(yè)鏈變化較大。另一方面是因?yàn)閺澱坌阅芩璧牟牧咸匦愿纳坪痛钆潆y度較大，最大的問(wèn)題來(lái)自于顯示屏結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與小彎折半徑之間的矛盾。在滿足小半徑折疊可靠性的前提下，還要考慮表面抗沖擊、刮擦、屏幕折痕等整機(jī)外觀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度［16-17］。這些對(duì)蓋板材料、粘結(jié)層材料、背膜材料性能的調(diào)整以及其他功能膜層的搭配提出了相當(dāng)高的要求，即使將所有材料性能最優(yōu)化后應(yīng)用到折疊產(chǎn)品中，屏幕折痕在現(xiàn)有技術(shù)水平下也不能完全消除。而且為了保證小半徑彎折特性，表面防劃傷的性能基本在H 硬度以下。三星公司首款折疊手機(jī)形態(tài)確定為內(nèi)折也應(yīng)該有這方面的原因，內(nèi)折形態(tài)對(duì)表面防劃傷要求不需要太高，但因?yàn)閮?nèi)折不符合通常使用習(xí)慣，在其外邊必須增加一塊非折疊屏幕，從這方面看外折手機(jī)對(duì)屏幕要求更高。這些技術(shù)問(wèn)題的不斷改善，柔性手機(jī)特色應(yīng)用的開(kāi)發(fā)與使用推廣將是可彎折產(chǎn)品應(yīng)用拓展的關(guān)鍵。

（4）低功耗。OLED 顯示屏每個(gè)像素的靜態(tài)功耗（P）可以表示為流經(jīng)OLED 的電流（I）乘以跨壓（U）：P=UI。跨壓主要由3 部分電壓構(gòu)成：U=UOLED+UTFT+UIRDrop。首先是直接加載在OLED 材料上的驅(qū)動(dòng)電壓（UOLED），不同顏色的OLED 的驅(qū)動(dòng)電壓是不同的；其次是驅(qū)動(dòng)TFT電壓（UTFT），通過(guò)控制該電壓獲得不同的OLED工作電流；最后是補(bǔ)償像素位置距離驅(qū)動(dòng)IC 不同造成的電壓下降（UIRDrop），該部分電壓與顯示屏的尺寸相關(guān)，尺寸越大，電壓下降越大，所需補(bǔ)償電壓越大，在功耗上的損耗也就越大。這也是大尺寸產(chǎn)品應(yīng)用推廣的難點(diǎn)之一，表2 對(duì)比了152.4 mm（6 in）手機(jī)和431.8 mm（17 in）筆記本電腦用屏的跨壓分解對(duì)比。同樣的器件結(jié)構(gòu)下，OLED 材料上的電壓約為3.5 V，驅(qū)動(dòng)TFT的電壓約3 V，152.4 mm（6 in）手機(jī)需補(bǔ)償電壓下降約1 V，431.8 mm（17 in）筆記本電腦用屏的補(bǔ)償電壓下降約為4 V，在功耗中所占比例已經(jīng)接近40%，更大尺寸電視其所占比例更大。電流與顯示亮度和OLED 器件發(fā)光效率及透過(guò)率直接相關(guān)。如果只從上述靜態(tài)功耗看，隨著OLED 發(fā)光材料效率的提升，在一定尺寸下與液晶顯示相比較確實(shí)有低功耗的優(yōu)勢(shì)，但受限于像素設(shè)計(jì)和保證封裝的環(huán)境信賴(lài)性，其光取出的比例一直比較低，同時(shí)為了防止外部環(huán)境光的反射，在出光路線上一般要放置圓偏光片，其對(duì)顯示屏像素點(diǎn)發(fā)光的阻隔超過(guò)50%，因此OLED 在功耗上的優(yōu)勢(shì)有限，且超過(guò)一定屏幕尺寸，功耗會(huì)變成劣勢(shì)。

表2 不同尺寸OLED 顯示屏的跨壓對(duì)比Tab.2 Cross-voltage comparison of different sizes OLED displays （V）

從單像素發(fā)光效率比較，OLED 可能比LCD省電。目前隨著OLED 材料效率的改善，在152.4 mm（6 in）左右手機(jī)應(yīng)用上功耗略?xún)?yōu)于LCD，但隨著顯示尺寸的增大，OLED 功耗增加速度比LCD 大。兩種技術(shù)的功耗模型不同，LCD 是側(cè)向背光源通過(guò)導(dǎo)光板以光路形式形成面光源，顯示尺寸增大在光路上的能量損失較小，因此其功耗改善以背光效率提升為主。隨著LED 的應(yīng)用，其功耗改善較大。OLED 則不同，隨著顯示尺寸的增大，除了像素?cái)?shù)量和面積增加外，還需要考慮引線電壓下降的損失，且這部分損失隨顯示尺寸增大而增加，因此在大尺寸電視應(yīng)用上，一方面要使用厚銅電極盡量降低引線電阻，另一方面通過(guò)疊層OLED 器件的使用，通過(guò)提高工作電壓來(lái)降低工作電流，這兩方面共同作用降低了在引線上的功耗損失。

（5）寬視角。在OLED 產(chǎn)品量產(chǎn)前，視角的主要評(píng)判方法是測(cè)量對(duì)比度的下降，雖然也有對(duì)視角色偏的考量，但不是主要的評(píng)價(jià)方法。而OLED 不顯示時(shí)是不發(fā)光的，對(duì)比度比較高，反而是在一定角度下色偏和亮度下降的感覺(jué)更明顯，因此視角的測(cè)量方法也發(fā)生了變化，引入了視角色偏來(lái)評(píng)價(jià)OLED 視角特性，指標(biāo)分別是Δu'v'和最小可視色偏差別JNCD（Just Noticeble Color Difference）。這兩個(gè)指標(biāo)越小，視角色偏越小。小尺寸手機(jī)技術(shù)方案采用的是頂發(fā)射器件設(shè)計(jì)，即OLED 發(fā)光材料處于全反射金屬陽(yáng)極和半透半反金屬陰極之間，陽(yáng)極和陰極之間將形成微腔效應(yīng)，OLED 發(fā)出的光在微腔中會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。微腔對(duì)光具有高度波長(zhǎng)選擇性，特定波長(zhǎng)的光沿特定方向出射，因此不同視角下光強(qiáng)、光譜均會(huì)發(fā)生變化，且相當(dāng)敏感［18-20］。根據(jù)微腔效應(yīng)機(jī)理可知，OLED 發(fā)光層中激子復(fù)合發(fā)光位置也會(huì)影響到視角特性，復(fù)合位置越靠近陰極，其視角特性越好。研究發(fā)現(xiàn)，陰極厚度和不同發(fā)光層主客體摻雜比對(duì)視角影響也比較明顯。為減弱微腔效應(yīng)對(duì)OLED 視角特性的影響，最常用的方法是在靠近陰極出光一側(cè)蒸鍍一層有機(jī)材料作為光耦合層（CPL），該材料具有可見(jiàn)光波段的高折射率和低吸收系數(shù)，且一般不會(huì)影響器件的效率和壽命，提高出光效率。

從上面研究結(jié)果可以看出，微腔效應(yīng)造成不同顏色光隨視角變化不一致的色偏，相關(guān)影響在OLED 陰陽(yáng)極之間，該距離小于1 μm，也就是需要在小于1 μm 的范圍內(nèi)控制位置精度、材料厚度和整個(gè)顯示面的均勻性，可見(jiàn)其視角特性的敏感性之大，所以器件需要非常精巧的設(shè)計(jì)和工藝實(shí)現(xiàn)。雖然用于大尺寸的底發(fā)射方案的微腔效應(yīng)非常弱［21］，以犧牲透過(guò)率、降低器件效率、增加功耗的代價(jià)獲得了視角上的相對(duì)提升。而其競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)LCD 通過(guò)寬視角液晶模式的應(yīng)用，視角特性獲得大幅提升，OLED 在視角方面沒(méi)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（6）廣色域。小尺寸三色蒸鍍方案的色域取決于紅綠藍(lán)三色發(fā)光材料的選擇和顯示器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三色材料同時(shí)要滿足效率和壽命的要求，而三色材料要形成一個(gè)器件，相互之間也有搭配的問(wèn)題，因此，很難在滿足效率和壽命的同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣色域的提升。特別是在LED 背光應(yīng)用在液晶顯示器件中后，其色域與OLED 相比較不相上下。三色蒸鍍OLED 通過(guò)增加彩色濾光片可以提升不同視角的色域，但會(huì)影響甚至犧牲其他方面的性能水平。大尺寸白光加彩色濾光片方案的色域取決于彩色濾光片的材料特性［22］，與液晶顯示中彩色濾光片比較，其發(fā)展時(shí)間較短，因此量產(chǎn)大尺寸OLED 電視的色域一直不比液晶電視的色域更廣。但OLED 因?yàn)槠渖V可由使用的發(fā)光材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整，所以有獲得更廣色域的可能，但要在效率和視角特性等方面有所犧牲。另外在色彩管理方面的改善需要信號(hào)處理來(lái)配合，除了擴(kuò)展色域還希望能更好地還原真實(shí)世界的色彩，即色彩還原能力。

（7）快速響應(yīng)。該特性主要是針對(duì)顯示器畫(huà)面質(zhì)量，特別是運(yùn)動(dòng)圖像的顯示質(zhì)量，因此評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) 為 運(yùn) 動(dòng) 圖 像 響 應(yīng) 時(shí) 間（MPRT）［23-24］。OLED 和LCD 都是薄膜晶體管控制的顯示器件，屬于保持型顯示，因此其運(yùn)動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間由兩部分控制：液晶或發(fā)光材料的響應(yīng)時(shí)間和薄膜晶體管電路的響應(yīng)時(shí)間，薄膜晶體管電路響應(yīng)時(shí)間又分為采樣和保持時(shí)間。對(duì)液晶顯示技術(shù)來(lái)說(shuō)，材料響應(yīng)時(shí)間是指液晶偏轉(zhuǎn)控制顯示屏亮暗轉(zhuǎn)換的時(shí)間，通常是10 ms 級(jí)別。而OLED 材料發(fā)光過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間是納秒級(jí)別，因此OLED器件被認(rèn)為響應(yīng)速度很快。而薄膜晶體管電路的響應(yīng)時(shí)間與顯示屏的尺寸和分辨率有關(guān)，在幾毫秒到幾十毫秒范圍。從上面的分析可知，對(duì)液晶顯示技術(shù)而言，關(guān)鍵控制因素是液晶材料偏轉(zhuǎn)速度；對(duì)OLED 器件而言，其關(guān)鍵控制因素則變?yōu)轵?qū)動(dòng)薄膜晶體管電路的響應(yīng)時(shí)間。隨著液晶材料的優(yōu)化，其響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)下降到5 ms 以下。薄膜晶體管電路的響應(yīng)時(shí)間可以通過(guò)提高輸入信號(hào)的頻率和插黑幀縮短。圖4 是韓國(guó)LGD公司對(duì)比各種電視技術(shù)的結(jié)果［25］。從圖中可以看出，人眼可感知的的運(yùn)動(dòng)物體響應(yīng)時(shí)間為5.7 ms，因此LCD 和OLED 的響應(yīng)速度都取決于薄膜晶體管電路的響應(yīng)時(shí)間。即使將頻率提升到120 Hz，LCD 和OLED 電視的響應(yīng)時(shí)間都高于6 ms，對(duì)于電壓驅(qū)動(dòng)型的LCD，頻率提升到240 Hz 即可低于5 ms；而對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)的OLED來(lái)說(shuō)，信號(hào)頻率再提升比較困難，但利用插黑幀等方式也可以達(dá)成5 ms 以下的水平，因此LCD和OLED 在響應(yīng)速度方面差異不大［26-28］。

圖4 各種電視技術(shù)的運(yùn)動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間比較［25］Fig.4 Comparison of the MPRT characteristics classified by the display type

3.2 技術(shù)方案在設(shè)計(jì)和工藝能力上的進(jìn)一步優(yōu)化難度大

AMOLED 分別在小尺寸手機(jī)和大尺寸電視方面開(kāi)始大批量量產(chǎn)，但這兩種應(yīng)用的技術(shù)路線完全不同，相同的是這兩種技術(shù)幾乎都達(dá)到了性能的極限，技術(shù)本身已經(jīng)無(wú)法達(dá)成所需的性能指標(biāo)，必須通過(guò)各種補(bǔ)償技術(shù)。電學(xué)補(bǔ)償通過(guò)屏幕內(nèi)部和外部的電路設(shè)計(jì)使薄膜晶體管的各項(xiàng)性能穩(wěn)定可控；光學(xué)補(bǔ)償通過(guò)對(duì)屏幕光學(xué)性能的獲取和分析后進(jìn)行相對(duì)校正，使顯示屏光學(xué)性能更均勻穩(wěn)定。小尺寸蒸鍍用的高精細(xì)掩模版的厚度已經(jīng)低于30 μm，在兼顧機(jī)械強(qiáng)度和位置精度的情況下已經(jīng)達(dá)到挑戰(zhàn)極限。小尺寸手機(jī)應(yīng)用單個(gè)子像素驅(qū)動(dòng)電路需要6 個(gè)以上的薄膜晶體管，對(duì)于400 ppi 以上的設(shè)計(jì)，已經(jīng)在平面上塞滿整個(gè)子像素區(qū)域，為了提高分辨率不得不利用虛擬像素技術(shù)，并對(duì)子像素排列進(jìn)行渲染［29］。OLED 是自發(fā)光的電流器件，除了需要通過(guò)薄膜晶體管控制像素的通斷，還需要控制通過(guò)電流的大小，這樣的要求即使將薄膜晶體管的閾值漂移控制在0.2 V 以?xún)?nèi)，仍然需要電路和光學(xué)補(bǔ)償來(lái)保證畫(huà)質(zhì)的均勻性和一致性。

4 未來(lái)思考

針對(duì)現(xiàn)有已量產(chǎn)技術(shù)方案性能優(yōu)勢(shì)不足，且設(shè)計(jì)和加工工藝都難以大幅提升的問(wèn)題，要想在除手機(jī)外的應(yīng)用上拓展OLED 應(yīng)用需要對(duì)技術(shù)方案有較大改進(jìn)。目前比較集中的研究方向有兩個(gè)：

（1）柔性O(shè)LED 的應(yīng)用拓展。包括不同于直板平面顯示以外的多樣化形態(tài)以及更大尺寸便攜產(chǎn)品應(yīng)用拓展，例如筆記本電腦。需解決和提升的主要技術(shù)問(wèn)題首先是壽命提升［30］。移動(dòng)筆記本電腦用顯示屏壽命需要現(xiàn)有手機(jī)用器件壽命的3 倍以上，而有機(jī)發(fā)光材料的壽命提升一般會(huì)導(dǎo)致效率的下降，如何在提升壽命的同時(shí)保證器件效率不下降將是開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)［31］。其次尺寸增大后功耗的降低將是最大問(wèn)題。發(fā)光器件設(shè)計(jì)上可以采用疊層設(shè)計(jì)，增加器件電壓，減小電流，以減少屏幕尺寸增大造成的電壓下降所需的補(bǔ)償，同時(shí)要考慮材料和工藝上的改進(jìn)，進(jìn)一步降低因尺寸增大帶來(lái)的屏幕兩端的電壓差，即使如此其功耗和同尺寸LCD 相比仍然沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，需要進(jìn)一步提升器件效率。最后是柔性在形態(tài)優(yōu)勢(shì)上的發(fā)揮，除目前已量產(chǎn)的折疊形態(tài)外，還要著重于滑卷、卷曲等新形態(tài)的屏幕開(kāi)發(fā)與優(yōu)化以及整機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，最大程度提升柔性O(shè)LED 的附加價(jià)值才能彌補(bǔ)成本增加的劣勢(shì)。

（2）印刷工藝的應(yīng)用。采用印刷工藝的目的是降低成本和應(yīng)對(duì)小批量定制化開(kāi)發(fā)。解決目前技術(shù)方案投資成本和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本高的問(wèn)題。理想的工藝路線是全印刷方案，即TFT 和有機(jī)發(fā)光層均采用印刷工藝。有機(jī)發(fā)光層的印刷工藝研究較多，噴墨打印工藝也有少量量產(chǎn)的嘗試［32］，但一方面印刷需要考慮溶劑的相容性使材料選擇范圍受限［33］，另一方面加入溶劑使發(fā)光材料效率和壽命受到影響，性能發(fā)生不同程度下降。而TFT 的印刷工藝尚在探索階段，印刷方式、引線和半導(dǎo)體材料選擇還存在諸多不確定性，需要新材料和新工藝方面的突破。在印刷工藝的產(chǎn)業(yè)化方面也有兩個(gè)通用性問(wèn)題需要不斷優(yōu)化和改善：首先是大面積印刷的工藝均勻性和一致性。與光刻和蒸鍍的整面薄膜制備不同，印刷的逐點(diǎn)工藝方式的工藝均勻性和一致性其本身難度就很大，而且印刷一般需要干燥過(guò)程，由于無(wú)法同時(shí)完成整面印刷，各點(diǎn)干燥時(shí)間不同造成畫(huà)面質(zhì)量差異的情況會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。其次是印刷工藝的精度提升。目前印刷工藝可對(duì)應(yīng)的顯示屏分辨率在200 ppi 左右，隨著顯示分辨率的提升，印刷的量產(chǎn)穩(wěn)定性會(huì)大幅下降。綜上，印刷工藝開(kāi)發(fā)包括新材料開(kāi)發(fā)與印刷墨水調(diào)控、印刷設(shè)備優(yōu)化、成膜及干燥后處理等工藝優(yōu)化、環(huán)境控制及器件設(shè)計(jì)優(yōu)化等多方面的突破。