OLED显示技术概要及应用领域的发展趋势

金成龙 李青

摘要：随着显示技术的不断发展，消费者对更高画质及轻薄化显示屏的需求也日益增加，为了满足这些需求，各大厂商采用最近大热的OLED屏，本文在这中背景条件下简单叙述了OLED显示技术的情况，并对此技术对应用领域及对其他方面的影响做了简单介绍。

关键词：OLED显示技术;屏下指纹解锁;封装工艺

中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）08-0216-04

本文简单介绍了作为次世代显示技术的代表的OLED显示技术，并对目前市场情况做了简要分析，进而分析了OLED显示技术对智能手机相关功能所带来的影响。

1 OLED的概况

1.1 OLED的概念

OLED（Organic Light Emitting Diode）是在有机物薄膜上通过电流时会发光的自发光型有机材料，被誉为可替代传统LCD显示技术的次世代显示技术备受瞩目。OLED对比LCD具有厚度薄、可视角度广、反应速度快等特点。OLED作为无需光源的自发光型显示技术，具有可视角度广，色彩还原性高的特点，且对比其他显示技术具有更快的反应速度，以薄膜形态制作而成，厚度薄，是可实现柔性显示的显示技术。另一方面，OLED目前受良率与使用寿命的原因，在价格竞争力方面不如LCD，在大型化还有技术和经济方面的难点。

1.2 OLED的结构

OLED是在有机物薄膜上通过正极和负极注入的空穴（Hole）与电子（Electron）相结合形成激子（Exciton），当激子恢复稳定状态时以发光的形式释放能量从而发光。

1.3 OLED的分类

OLED可根据发光材料的种类、发光方式、发光结构、驱动方式等可分为多种类型，一般以驱动方式的不同可分为PM OLED（Passive Matrix;被动型）与AM OLED（Active Matrix;主动型）。OLED方式分类如表1所示。

1.4 PMOLED与AMOLED的特点

OLED市场一开始是以造价低廉的PMOLED为中心成长，但近期主打高分辨率与适用于大型化的AMOLED实现快速增长。PMOLED是在显示区域内將正极与负极以矩阵方式进行交叉排列，当施加电压时正极与负极交叉部分发光的方式。PMOLED制造工艺相对简单，但具有寿命短、大型化时反应速度延迟、耗电量急增等问题，是适用于小型、低分辨率的方式。AMOLED是用TFT控制各像素的方式。AMOLED制造工艺虽然复杂，但具有可通过利用TFT实现低压驱动，且可实现大型化和高分辨率的优点[1]。PMOLED与AMOLED对比如表2所示。

1.5 OLED商用产品动向

使用OLED商用产品最具代表性的就是智能手机。各大手机厂商为了满足消费者对更加清晰画面的需求逐渐开始使用OLED屏幕。未来一段时间内，智能手机将是OLED面板的主要应用领域。

2 OLED技术在显示领域的应用

2.1 移动终端

中小型OLED：FOD（Fingerprint on Display屏下指纹识别）与Foldable（折叠式）是关键。

2.1.1 需求放缓，追求差异化的配套厂商

智能手机市场涨势到17年开始进入成熟期。到18年智能手机销量：（1）交替周期上升;（2）因差异化战略辅材等原因放缓加剧，去年已是逆成长。18年第三季度全球智能手机销量为3.56亿部，对比去年同期锐减6%。各大手机厂商已经开始调整库存。

2019年度全球经济增速放缓，不看好智能手机市场有所成长，配套厂商战略大致可分为：

（1）通过高价战略确保收益（苹果）;

（2）通过升级配置扩大占有率（三星，华为，OPPO/VIVO/小米等）。

苹果会通过持续的ASP上升抵消销量低迷，维持其收益，其他配套厂商除了改善相机性能外，通过折叠式及FOD（Fingerprint on Display）的导入展示差异性。

2.1.2 FOD（Fingerprint on Display）：拉动Rigid OLED需求

未来几年智能手机厂商战略中重中之重将是全面采用FOD。FOD是Fingerprint On Display（屏下指纹识别）的缩写，与传统的在非屏幕显示区域指纹识别方式不同，是在屏幕显示区域进行指纹识别的方式。目前为止FOD技术仅限在中国国内厂商使用，全球首款使用FOD的厂家是VIVO，18年1月VIVO推出了使用屏下指纹识别技术的“X20”机型，面世后的市场反应除了认为新颖外还有反应速度慢的反馈。也就是说虽然是划时代的技术，但仍有提升空间。苹果公司为了体现与安卓阵营的差异，所采用的生物识别技术为“FaceID”（面部识别技术）。

即便苹果不使用FOD技术，业界普遍认为未来FOD市场会有很大发展。其理由为：（1）对新的生物识别方式（面部识别，虹膜识别）消费者好感度并没有指纹识别高;（2）智能手机市场发展减缓中各厂商之间的差异化战略将会加剧。

根据调查机构HIS调查结果显示，指纹识别模块销量预计在19年达到1.05亿台（+1，073%YoY），20年达到2.06亿台（+96%YoY），保持高速成长态势，相关的COF Packaging技术搭配应用领域将更为广阔。近期配套厂商为了体现差异化扩大开始推出无边框手机。

COF Packaging技术正逐步取代COG（Chip on Glass）需求，这是更易于实现全面屏的技术。COF Packaging所需薄膜供应商有 Chipbond（66K/月），JMC（55K/月），Stemco（90K/月），LG伊诺特（110K/月），Flexceed（30K/月）。

指纹识别技术可大致分为2种，分别是Under Display和In Display方式。其中Under Display是近期新开发的技术，指纹识别传感器在显示屏下方。虽然Under Display对比In Display价格相对低廉，但只能在显示屏部分区域进行识别。相反，In Display方式预计会在2～3年后得到商用，虽然价格相对昂贵，但可在整个显示屏区域进行指纹识别而非部分区域。

未来2年内预计大部分都会为Under Display方式，Under Display方式根据媒介种类可分为Optical方式（光学方式）与Ultrasonic 方式（超声波方式）。Optical方式是将光照射到指纹，并识别根据指纹的模样与深度所反射的光线来识别指纹。超声波方式是将超声波发射到指纹上，并识别反射来的超声波的方式来进行指纹识别。

超声波方式对比光学方式指纹识别速度快，准确度高。超声波对比光线对3D影像捕捉效果更好。因此，光学方式比起3D影像更适用于2D影像，且如果指纹上有水或其他脏污识别率会相对降低。

配套厂商加大对FOD的采用后相应的OLED面板需求量预计也会随之增加。因为FOD技术仅适用于OLED面板。目前主流技术为超声波或光学方式都是Under Display方式，以媒介（光，超声波）透过有机材料之间的缝隙为核心。

相反，LCD从结构来看，媒介很难通过背光源。具有对比OLED通过时间更久且识别效率更低等缺点。因这种技术难点，开始有了可用于LCD的In Display方式研发。In Display方式如同TSP（Touch Screen Panel）是将传感器放置于显示器内部的方式，因传感器位置在盖板玻璃下方，是较为进步的技术。

但是，即便In Display方式开发成功，业界普遍认为适配OLED面板的可能性比适配LCD要高。其理由并非因传感器技术自身的难点，而是OLED更适合全面屏，无边框屏。最终，FOD技术的导入将成为拉动OLED面板需求的主要技术趋势。

2.1.3 Foldable：改善Flexible OLED的需求的关键

除FOD外，19年智能手机厂家的变化为折叠式手机的应用。实现可折叠式最亮眼的变化是盖板层。目前硬性或柔性OLED最外层的盖板层是玻璃。玻璃因美观，有高级感一直沿用至今，但同时具有弯曲难度大，易碎等缺点，适配折叠式有自身上限，因此预计CPI（Colorless Polyimide）会暂时作为替代方案来使用。

适用于折叠式手机的PI具有复原性好，耐冲击，耐化学性/耐磨/耐热等特点，还有可弯曲的决定性特点，但PI本身带有有较深的褐色，原本不适用于要求透明的显示领域，但随后成功实现透明化，才得以应用。CPI中的C是Colorless的头文字。

2.1.4 Foldable所带来的主要变化-封装工艺

封装工艺是形成OLED有机层保护膜的工艺。OLED有机层对氧气十分脆弱。若要实现折叠式，传统的封装工艺很有可能发生较大改变。其理由为，在折叠式显示屏上如果封装受损，会导致OLED有机层发生问题。因此封装工艺要与传统方式不同，要具有耐弯曲的物理特点，且同时在反复展开/折叠过程中也要保持良好的黏贴性，还需要适用于大型化。

传统硬性OLED所使用的是Frit方式。它是在玻璃与面板之间涂抹玻璃材质的Frit，用激光进行熔化并硬化的方式将玻璃与面板粘合。Frit方式在硬性OLED上能有效的阻隔氧气等外界影响，但Frit方式所用到的玻璃材质的涂料，不适用于折叠式显示屏。

为此，三星或将导入可用于折叠式OLED的TFE（Thin Film Encapsulation：薄膜封装）技术。TFE是通过层积超薄有机膜与无机膜的方式阻隔水分与氧气的封装工艺。TFE的优点是有机膜与无机膜的多层覆盖，更易于阻隔微小渗透物，且具有耐弯曲等机械变化。

TFE薄膜蒸镀方式有Sputter，PECVD，ALD等方式。Sputter方式为物理蒸镀方式，原理虽简单，但具有无法保证表面均匀的缺点。PECVD方式虽然可以保证表面均匀度，但无法制成超薄镀膜。ALD方式是形成原子单位的薄膜的方法，可补全PECVD的缺点。

2.1.5 折叠式所带来的主要变化-Y-OCTA的必要性扩大

TSP（Touch Screen Panel）市场从传统的Add on Type方式逐漸转变成On-Cell Type方式。因为Add on Type方式厚度相对较厚的缺点。也就是说，对于目前趋于轻薄的智能手机而言，此方式并非优先方案。On Cell Type方式不同于Add On Type触控传感器是在显示屏内部的内置型方式。结构特点有：（1）非位于偏光板上方而是位于偏光板下方的方式。（2）无需额外基板，传感器位于封装薄膜（TFE：Flexible OLED）或封装玻璃（Encap Glass：Rigid OLED）上方。

但是，为了能完美体现折叠式显示屏，OLED的模组需要更薄。目前OLED模组厚度（包括盖板玻璃）约为1.0～ 1.2mm，为了实现折叠式显示需要将目前的OLED模组厚度减少50%。特别是Cover Lens，触控传感器，偏光板的合计厚度要缩小至0.1mm。

为了实现这功能，三星目前在使用Y-OCTA。Y-OCTA是Youm-On Cell Touch AMOLED的缩写。Youm是代指柔性OLED的三星公司的称谓。Y-OCTA是薄膜封装（TFE）用有机物与偏光板之间构建铝制金属网格传感器来组成触控面板的技术，无需额外的TSP，可减少成本，且可使OLED模组厚度更薄。

目前绝大部分智能手机上适配的触控方式是电容方式。此方式是将带有传感器的基板两面用ITO镀膜形成透明电极。通过这种方式使玻璃表面带有一定电流，当使用者触控玻璃时传感器会感知两个导体之间的电位差。但电容方式具有不利于柔性显示的结构性缺点。

（1）ITO薄膜的高电阻不利于大型化。折叠式对比传统智能手机屏幕尺寸更大，电阻值过大会导致静电信号无法正常传递;

（2）铟矿主产地为中国，产量有限，价格偏高;

（3）易碎。特别是弯曲时电阻值会急剧上升，不利于适用于柔性显示;

（4）用于OLED时铟会扩散，且生产工艺中会用到高温，不适用于软性基板。

针对不利于折叠式的上述ITO的特点，目前有各种材料作为替代方案逐步问世。具体有碳纳米管（CNT），银纳米线（Silver Nanowire），金属网格（Metal Mesh），导电聚合物（Conductive Polymer），石墨烯（Graphene）等。这些材料中普遍认为最接近于商用化的就是金属网格。金属网格所使用的材料为导电性能好（铜，银等）的金属，这些材料所具备的低电阻值相对有利于大型画面，弯曲时的电阻增加现象也少，是有利于柔性显示的方式[2]。

2.2 三星对QD-OLED投资逐步落实

三星电子近期为了扩大高端TV市场上的竞争力，集中力量开发EL（Electronic Luminescence）方式的QLED TV。三星公司目前所开发的QD-OLED不单单为LCD TV的色彩还原度的辅助作用，是以QD来组成各像素。EL方式的优点是不仅在色彩还原度方面比传统的LCD TV要高，而且还可极大化对比度。另外，QD是无机材料，对比使用有机材料的OLED TV寿命要更长。据目前情况来看，红色/绿色QD元件寿命为7万小时以上，即便一天观看8小时，也可保持20年以上的使用寿命。但蓝色元件还会使用OLED发光源，这是因为到目前为止蓝色QD的研发速度进展缓慢。制作蓝色QD时大小要在1nm以下，对比绿色2～3nm，红色5～6nm要小很多，属于光波长短、内部能量密度十分高的程度。当受到外界能量时会在一瞬间极速氧化，在制作实际产品中很难进行适用。所以现在所开发的QD-OLED是使用蓝色OLED为发光源，在此基础上配置CF与红色/绿色QD材料来呈现颜色。

近期随着三星公司对QD-OLED投资可能性的增加，业界普遍期待在19年下半年中会对原有LCD产线切换。当年确定切换OLED时出现了LCD产量减少的情况来看，对LCD供需有积极影响，也有人展望因此会引起LCD面板价格上升。在16年年底三星确定切换7-1产线（G7，150K/月）时面板价格持续6个月实现增长（32英寸+30%/43英寸+59%/55英寸+25%）的情况来看，三星公司对LCD產线切换的投资是所有面板厂家所期待的部分。

3 结语

根据目前情况，OLED显示技术对比传统LCD显示技术有着显著优势，未来发展前景及应用领域更加广阔，发展空间巨大，但部分技术难点尚需攻关解决。OLED显示技术的普及所带动的其他零件及技术也有较大发展空间。

参考文献

[1] .OLED    [EB/OL].http：//www.cischem.com/classify/ocd/ocd_20081106_2_34.pdf，2008-11-6.

[2] .2019 / [EB/OL]. http：//file.mk.co.kr/imss/write/20181128114825__00.pdf， 2018-11-28.