OLED显示器件在车载应用上的机遇和挑战

庄筱磊，黄伟，刘春平，丁文斌，章孝淼，张彧

（延锋伟世通汽车电子有限公司，上海 200233）

OLED显示器件在车载应用上的机遇和挑战

庄筱磊，黄伟，刘春平，丁文斌，章孝淼，张彧

（延锋伟世通汽车电子有限公司，上海 200233）

近来随着有机电致发光显示器(OLED)技术的广泛研究以及在工业、家电、消费电子等商用化应用的不断深入，OLED也开始拓展车载应用市场。车载应用面临着比消费电子应用更严苛的要求，这促使OLED的研发和生产需要优化和改善来迎合车载应用的需求，而越来越多高新技术的运用也向OLED和FOLED以及 TOLED打开了机会的大门。

OLED；车载显示；人机互动；TOLED；FOLED

CLC NO.:U463.6Document Code:BArticle ID:1671-7988(2015)07-147-04

引言

自上世纪80年代华裔科学家C.W. Tang等首次制成有机电致发光显示器（OLED）[1]以来，OLED的发展历程与当时的液晶显示器类似，由最初的小尺寸的数码相机显示屏，单色、全彩Mp3和手机显示屏等便携式数码产品，到如今市场上中尺寸的平板电脑和大尺寸的电视机应用，OLED因其轻薄，体积小，节能环保等优异的性能[2]被市场接受，得到了消费者的认可，柔性OLED（FOLED）和透明OLED（TOLED）所具有独特的优势，被认为是显示器的应用的未来方向。然而OLED制造成本高、生产良率较低等问题，成为目前阻碍OLED产业发展的主要原因。

近年来，中国巨大的潜在汽车市场，吸引了全球众多知名汽车厂商的目光， OLED也在努力开拓汽车车载应用的市场，除了显示器，OLED照明也已经应用到了汽车照明和车内背光应用，而我们这里讨论的是OLED作为显示器在汽车车载上的应用，特别是研究进入车载应用前装市场所面临的机遇和挑战。

1、OLED在车载应用中的机遇

1.1 OLED显示在车载应用的前景

从最早作为LED数码管的时钟显示到之后在北美市场上大受欢迎的汽车收音机上的VFD（真空荧光显示器），由于功耗大、难以显示全彩化和高解析度显示而受到极大限制，同时随着LCD液晶显示技术的兴起，逐步替代了其他显示器件，成为车载显示应用上的首选。

在不断增长的汽车市场和消费者购车习惯转变的推动下，汽车制造商越来越趋向于应用更多的汽车电子来增加新的舒适功能，吸引消费者的眼球。对于车载信息娱乐应用，目前各个整车厂都投入研发应用，来应对智能手机、平板电脑等手持移动终端的挑战，汽车正在集成越来越复杂的功能，拥有更多的人机交互、更直观的驾驶辅助体验、更多的媒体影音娱乐项目以及智能车机技术等，同时也迎合了消费群体年轻化及个性化的趋势。被誉为下一代的新型的显示器件的OLED由于其自发光显示的特点[3]，无需背光源，功耗低，结构简单，厚度薄，重量也轻；而且其固态结构，因此抗震性能更好；可视角度接近这些优势与当前汽车电子的安全，娱乐和节能的发展方向契合，成为OLED显示在车载领域应用上的动力[4]。

据DisplaySearch发布了的最新平板显示市场报告中显示，2013年整体OLED市场总额为103亿美金，2014年的市场总额为98亿美金，出现了负增长现象。2014年OLED电视面板市场2014年的5亿美金。2013年手机OLED面板市场在整体OLED市场中以96.7%的比重、99亿美元的市场总额达到顶峰，而2014年，手机市场占比降至85%，影响到了OLED的市场整体表现。与此同时，预计2015年智能手表等可穿戴产品所搭载的柔性OLED面板市场总额将达到7亿美金，相比2014年的2亿美金，增长3倍以上。

过去两年，全球车载显示市场每年增长三成；未来几年，每年增长还会超过三成。随着全球汽车销量的增长，车载显示应用的需求也将持续放大，车载显示市场将成为全球面板厂商激烈竞争的又一个主战场，也将迎来快速增长期。OLED进入车载应用市场也成为支撑整个OLED显示产业发展的一个不可忽视的增长点。

1 .2 OLED在车载应用上突破点

2014纽约车展，亮相的路虎概念车Vision加持了诸多新鲜技术，其中最备受瞩目的莫过于“透明发动机盖”。不是真的像字面表述的那样，将发动机盖透明化。（见图1，图2）

而是运用了前置摄像头和HUD呈像技术将车头遮挡住的“裙底世界”映射到前风挡玻璃上，将巨大的风挡变成一块高清显示屏，通过呈像技术可以让我们看到了视野盲区的部分，让驾驶员有了更多的信心。

路虎还将目前的抬头显示技术HUD扩大到整个前风挡玻璃上。显示内容也不再局限于车速，转速等信息，还增加前方车辆的车况资料，行车距离，以及自己的行车虚拟路线等行车安全信息，驾驶员在安全行驶的前提下，还能对未来的交通状况进行准确判断，合理安排好路线，应对突发状况也不至于手忙脚乱。2014年底，捷豹路虎正式发布了360 Virtual Urban Windscreen（360度城市虚拟风挡）技术，该技术不仅风挡玻璃上显示多种信息，此外还能通过投影使汽车A柱等盲区部分变“透明”（见图4），

实际上A柱在车内部是显示屏，而车位安放了摄像头，通过将摄像头画面传输到A柱显示屏上，最终实现了A柱部分的“透明”化。从而让驾驶员拥有更直观的视线，避免事故的发生。

以上所提及的概念的以及未来技术的导向，正是柔性OLED[5]的优势，可以为车机系统以及汽车内饰设计提供了更为“灵活”的选择和应用，除了能够和汽车内设实现无缝拼接，还可以让驾驶者更加方便的看到驾驶信息，避免分散驾驶者的注意力，以减少交通事故的发生；透明OLED还可以附在前挡风玻璃上，不加电时，如同玻璃一般有着较高的透过率，需要加电点亮时，可以为驾驶员在前挡位置提供相应的信息，而无需低头观察仪表等，能够满足安全与娱乐的结合，这又为OLED的市场开拓和车载应用找到了新的切入点。

1.2.1 柔性OLED

可实现柔性显示是在目前所有已经应用和正在开发的显示器中，OLED具有的独特性能。这种柔性显示的应用，可以制成可卷曲的电子报刊、窗帘电视、服装服饰等产品，将大大拓展显示产品的应用领域,并改变人们对显示器的传统观念。将OLED器件中的ITO玻璃基材改为具有良好的柔韧性和透光性的塑料基片（PET基片）、以及非常薄的玻璃基片，这些材料使得OLED能够弯曲，制成可弯折一定角度的柔性OLED。由于衬底的柔韧性很好，因而FOLED器件一般不易破损，更耐冲击，与普通玻璃衬底的器件相比更加耐用，但FOLED所采用的柔性基底会有些潜在影响的问题，FOLED所采用的柔性基底平整性较差，由于生产过程中各镀层的厚度都在um级别，基底材料上的不平整会导致FOLED器件的短路造成不良。车载显示对于显示产品的温度要求有较严苛，夏季太阳暴晒下，车内温度会达到85度甚至更高，这对于FOLED的可靠性是一个巨大的挑战。

1.2.2 透明OLED

常见的OLED显示器采用透明导电的ITO玻璃作为阳极，金属作为阴极，而应用透明的阴极就可以实现透明OLED显示器件[5]。透明OLED可以在后视镜镜片、车窗上，抬头显示以及仪表上应用实现多内容的显示。在通电的状态下发光，反之为透明。透明TFT和表明发射的结构的TFT也使得主动FOLED的器件得以实现[6]。

柔性和透明OLED作为轻薄的，节能的显示器件，如能够再做好安全方面的考量，应该可以在车载应用找到自己的突破口。

2、OLED在车载应用中的挑战

OLED做为车载后来者，不仅达到了技术规范上达到了要求，而且有些方面还远远超越了；能够做到色彩颜色更纯，色域更广，能展现优越的色彩表现力；OLED通过IC输出电流变化，使得施加在有机材料上的空穴载流子传输速度来控制亮暗变化，微秒级的瞬时实现所见即所得，而LCD的像素的转换，需要通过IC输出电压变化，来使得其液晶的分子进行翻转，来实现像素点的变化，一般响应时间超过10ms；OLED由于是固态有机材料的发光，能够最大程度的实现无闪烁；OLED具有接近180度广视角；能够自发光的OLED屏可以完全关闭单个像素的亮光，其对比度轻松超过100000:1，足够大的对比度范围，能够同时表现极暗极亮的常见情景，如在阳光直射下的车内仍可以清晰显示内容，不会影响驾驶员与乘客的视觉体验；

然而车载应用的显示器项目不同于其他消费电子和工业应用的项目，同时车载项目对于显示应用又有下面几方面的要求:

2.1 环境应用要求

车载应用所要面对的环境要求非常复杂和苛刻，能够适应工作温度、湿度和操作电压的大范围波动，在振动冲击及车内电磁干扰的条件下仍能正常工作。车载显示应用的要求其储存温度和操作温度从零下-30～85度，对自发光的显示器件OLED来说，能够满足这样的高低温的要求。而且其响应速度等并不会随着温度变化而变化，都要能保持在0.2ms左右，这也是OLED相比LCD的优势之一。作为固态显示器的OLED由于其内不含液晶材料在抗震性上也略胜一筹，因此OLED的设计开发阶段就要开始考虑到汽车上的电气干扰的问题，以保证产品可以达EMC的要求，也满足到EMI的标准；能够经受高温的测试，更长时间温度的循环；更长的湿度符合寿命，ESD要求，以及更大的弯曲强度实验等，能够达到车载显示的规范。

2.2 质量控制

车载显示对质量的要求较高，对于显示器件不能超过100PPM，一般都会要求供应商建立车载专用的组装和检测生产线或区域，专人专岗的生产保证产品的质量；采用TS体系的管理方法且相应关键的规格参数需进行SPC统计且满足Cpk的要求；需要比一般电子产品更严苛的检验，自动AOI的检测以及人工200%的功能检查，100%进行老化工艺，以期达到零缺陷的质量目标。然而相比于LCD，OLED的制造工艺简单了许多，除了前道基板光刻，TFT的类似，但是没有了背光组装的工序，也相应的减少了这些工位的配置和对应的检验工位的资源投入，同时其工序的直通率会较LCD，相对来说会高些，但是如果其每个工位的效率不能得到保证的话，OLED的良品率成为竞争的短板，也会影响整个生产成本。

此外，车载应用对于质量保证有着近乎苛刻的要求，一旦组装现场发现不合格产品，作为OLED显示器的供应商必须尽快做出对应的抑制措施并针对不良原因进行针对性的改进处理措施，同时需要承担由于不合格产品直接或者间接的合理的成本。包括检验、测试、返工，挑选和报废不合格产品所发生的费用，出现严重质量、安全问题必须承担车辆召回涉及的相关费用。

3、结论

综上所述，OLED在车载应用所面临挑战的对手与同为手机，平板显示和电视领域的LCD，虽然能够在技术能力上达到并超越LCD的规范，但是其劣势也极为明显，目前由于OLED产业的规模不大导致相关配套的设备，材料等问题导致的成本过大，以及生产效率较低，成为阻碍其发展的关键点，虽然能够凭借车载项目周期长，需求量稳定，成本压力较小等特点缩短与LCD竞争的劣势，但是如果不能提高OLED的质量和可靠性，将会在车载应用上折戟。同时，需要密切关注车载应用的未来技术趋势，并利用FOLED和TOLED独有的柔性显示和透明显示的优势，有望弯道超车，成为的车载显示领域上的领跑者，满足并超越汽车电子应用对于安全、娱乐、节能要求，成为引领人机交互和智能车机技术的重要选择。

[1] C. W. Tang and S. A. Van Slyke.Organic electroluminescent diodes, Appl. Phys. Lett.,1987,51(12),913-915.

[2] 李文连等.有机电致发光的效率, 液晶与显示，第 16 卷 第 2 期 2001 ( 6 ),120 .

[3] 应根裕,胡文波,邱勇.平板显示技术[M].北京:人民邮电出版社, 2002. 357-359.

[4] 陳金鑫,黃孝文.OLED有機電激發光材料與元件[M].五南出 版社, 2005.

[5] 徐征, 宋丹丹, 赵谡玲等. OLED、柔性、透明化显示技术及有机发光材料的发展和挑战[J]. 现代显示, 2009, (6):5-10.

[6] 梁田静, 张方辉, 丁磊. 多层氧化物复合阴极透明OLED器件[J].液晶与显示, 2012, 27(1):43-46.

The opportunities and challenges of the OLED in automotive applications

Zhuang Xiaolei, Huang Wei, Liu Chunping, Ding Wenbin, Zhang Xiaomiao, Zhang Yu
( Yanfeng Visteon Automotive Electronics Co., Ltd., Shanghai 200233 )

When theOLED display is widely researched and used in the industry, home appliances,consumer electronics and other commercial applications,OLED also begins to expand the automotive application market.The R&D and production of OLED need to be optimized and improved to meet the more stringent needs of the car application comparing with the commercial applications. OLED,especial for FOLED and TOLED will have the more opportunity in car application when the more and more high-tech application will be used in the car in the future.

OLED; Vehicle display; man-machine interaction; TOLED; FOLED

U463.6

B

1671-7988(2015)07-147-04

庄筱磊，工程师，就职于延锋伟世通汽车电子有限公司，研究方向为光电子方面。