- 有機發光二極管(OLED)技術在提振行業當前的不景氣方面邁出了一大步
- OLED正在顯示和照明領域開拓出許多高利潤的應用
- 目前PM OLED存在嚴重供過于求的情況
- 預期對AM OLED的大量需求導致AM OLED的生產能力正在急劇擴張
- 到2015年，OLED顯示屏的營收將從去年的5.91億美元增長到60億美元，年復合增長率(CAGR)將達到40%
有機發光二極管(OLED)技術在提振行業當前的不景氣方面邁出了一大步，它正在顯示和照明領域開拓出許多高利潤的應用。有跡象表明，有源矩陣(AM) OLED而非無源矩陣(PM) OLED將最終主宰這一應用領域。
DisplaySearch公司預測，到2015年，OLED顯示屏的營收將從2008年的5.91億美元增長到60億美元，年復合增長率(CAGR)將達到40%。屆時，OLED電視將成為最大的應用，市場容量總計達26億美元。手機顯示屏(目前主要采用各種尺寸的PM OLED)市場將占到19億美元（圖1A）。
該市場研究公司還表示，雖然PM OLED顯示屏的單位出貨量到2015年將一直增長，但其收入將保持平穩。與此同時，AM OLED的單位出貨量將增加兩倍，并將在2011年超過PM OLED的出貨量（圖1b）。
DisplaySearch公司指出，目前PM OLED存在嚴重供過于求的情況。此外，許多建立了大型PM OLED生產線的公司正發現，由于有限的應用和來自LCD顯示屏的競爭，這些生產線現在已處于開工不足狀況。與LCD顯示屏相比，PM OLED顯示屏無法像LCD那樣以很高性價比做出大型顯示屏，因此其應用已受到局限。
“去年，AM OLED需求的增長彌補了PM OLED的下滑，”DisplaySearch顯示技術總監Jennifer Colegrove說，“展望未來，為OLED找到一個LCD難以與其競爭的縫隙市場是很重要的，如柔性或透明顯示或照明。OLED開發商也應該尋找機會把他們的技術與其他熱點技術(如觸摸屏)結合起來。”
另一方面，由于預期對AM OLED有大量需求，因此AM OLED的生產能力正在急劇擴張。與LCD相比，OLED顯示屏具有以下優點：更薄的外形、更寬的視角、更快的響應速度、更低功耗、更好的色域和色彩還原、更高的對比度和更寬的工作溫度范圍。
不過，各公司仍然必須解決如何實現更大尺寸的OLED面板和提供更長的工作壽命等問題。另外，還需要更高效且壽命更長的藍光OLED。為解決這些問題，設計人員正在轉向非晶硅、改進的材料、薄膜晶體管(TFT)和金屬氧化物驅動器電路、以及可實現TFT底板更高生產良率的更佳工藝方法。
AM OLED像素啟動和關閉的速度比傳統電影中像素運動的速度快兩倍多。比PM OLED響應速度更快、功耗更低的AM OLED顯示屏是全動態視頻和圖形顯示應用的理想選擇。AM OLED更適合于大屏幕顯示器和電視機、電子標志牌和廣告牌。
“AM OLED的能效比PM OLED好很多，”Universal Display Corp(UDC)技術商業化副總裁Janice Mahon說。
PM OLED結構更簡單
PM OLED的結構比AM OLED的更簡單，因此生產成本也更低。PM OLED可以使用傳統制造技術來成型。整個面板制造工藝可以很容易地適應更大的面積和高產出制造。PM OLED非常適合低成本和低信息量、對角線1.6至4英寸的小顯示面板，如手機、MP3播放器和數碼相機所使用的。
盡管PM OLED具有這些優勢，但火起來的卻是AM OLED。幾乎所有主要的OLED顯示屏制造商，包括索尼、RiT Display、Univision、Nippon Seiki、MicroEmissive Displays、Truly Semiconductor、Samsung SDI、臺灣奇晶光電(CMEL)、Pioneer、eMagin、Wintek和LG Display等都已經或將要采用這種技術。
AM OLED正在諾基亞、三洋和東芝的高端3G和4G手機中得到應用。其他應用包括：數碼相機、數碼相框、便攜式多媒體播放器、以及手持式電視。
OLED(尤其是AM OLED)的驅動可能是很有挑戰性的。這是因為與LCD不同，OLED是電流驅動型的。因此，薄膜晶體管(TFT)驅動電路性能的任何變化都將影響到OLED顯示屏的亮度。
柯達公司開發出整體糾錯(GMC)技術來應對AM OLED驅動性能的變化。GMC被整合進偵測并補償錯誤的外部驅動器IC。
為AM OLED開發和授權完整背板和驅動技術的Ignis Innovations公司提供兩種技術平臺：AdMo和MaxLife。Admo瞄準的是手持和超移動設備；MaxLife的目標應用則是監視器、臺式機和TV。兩個平臺都有非晶硅和多晶硅版本以糾正圖像粘滯(image-sticking)和斑點問題。在今年的CES展上，Ignis展示了采用該公司技術驅動的2.2英寸QVGA OLED顯示屏。
但這不是說PM OLED技術已經止步不前。近日，TDK展示了一款用于手機的3英寸對角線PM OLED顯示屏，它具有QVGA(320×240像素)和寬QVGA(W-QVGA)分辨率。這款顯示屏采用了Dialog Semiconductor第一款基于其Smart-Xtend技術的驅動IC。[page]
SmartXtend采用帶精準動態電流匹配的多線尋址方案。與傳統驅動方法比，該方法可把驅動矩陣內流經每個二極管內的峰值電流降低30％。
另外值得一提的是劍橋顯示技術(CDT)公司的整體矩陣尋址技術，它集無源和有源矩陣尋址技術方案的最佳性能于一身。CDT正努力把該技術推向市場。
電視和手機
當索尼兩年前推出其11英寸對角線的XEL-1 AM OLED電視時，大屏幕尺寸的OLED似乎并不遙遠。但迄今為止，即使XEL-1已上市，因OLED的高制造成本，這種大屏幕并沒出現。不過，在今年的CES上，索尼CEO Howard Stringer 說：“索尼的下一步是推出對角線為20到30英寸的OLED TV。”
4年前，三星展出了其首款為平板電視研制的40英寸AM OLED工作原型。2007年初，索尼展示了27英寸AM OLED電視原型。但這兩款原型至今尚未進入商業化市場。
開發中到大尺寸對角線OLED電視的一個障礙涉及以可接受的量子效率水平和壽命生產藍光OLED。在紅、綠、藍三基色中，藍色所需能量最高，這三種顏色混合起來才能呈現完整的色域。
UDC開發出一項稱為UniversalPHOLED的高性能磷光OLED(PHOLED)專利技術，它的效率是傳統OLED的四倍。該技術已被手機、多媒體播放器和其他顯示設備所采用。在開發新型OLED照明應用時，它也發揮了一個關鍵的作用。“我們將繼續開發更好的藍光以及紅和綠光OLED，”UDC的Mahon說。
亞利桑那州立大學(ASU)展示了一款4英寸對角線柔性AM OLED QVGA顯示器。它使用了杜邦的Teijin熱穩定聚乙烯萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚酯材料、用180℃工藝制造，并被整合在非晶硅TFT背板上。該顯示器是在柔性顯示器中心研發的，ASU和UDC都是該中心的創始成員。
佛羅里達大學的材料工程師采用熒光材料開發出非常高效的藍光OLED。這些磷光PHOLED材料的峰值功效比傳統器件的提高了300%以上，工程師說。
在3.2V啟動電位下，該技術在100cd/m2光照條件下，把效率從8±1 lm/W提升到25±2 lm/W。在1000cd/m2條件下，還實現了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光電二極管的電致發光光譜幾乎與傳統PHOLED的相同。
韓國首爾國立大學的研究人員也正在努力改善PHOLED的效率。他們已開發出一種整合了激子阻斷層的新型架構，以在高亮度水平下穩定PHOLED的效率，從而使PHOLED更適用于大型顯示器和固態照明應用。
三星正在開發一款用于電視機和筆記本電腦的14.1英寸對角線AM OLED顯示器，可望今年內面世。同時，三星的Omnia HD是最新的一款采用了AM OLED的手機（圖2）。這款手機配備了3.7英寸對角線顯示器、具有360×640像素、帶高速下行分組接入(HSDPA)觸摸屏及一個可以錄制高清(HD)視頻的8百萬像素照相機。
AM OLED已成功地滲透到高清3G和4G手機中，而在2G手機中，唱主角的是PM OLED。各種市場預測數據顯示：到2015年，手機OLED顯示器市場規模將達到15到20億美元，僅次于OLED電視，后者據估計屆時將達到20到30億美元。在數碼相機、數碼攝像機、近目取景器(near-eye viewer)、微顯示器、游戲、筆記本電腦、MP3播放器、便攜式DVD播放機和數碼相框等領域，AM和PM OLED也都將能派上用場。
發光聚合物
聚合物OLED(P-OLED)是種相對簡單的OLED構造，它采用發光聚合物(LEP)材料。P-OLED是劍橋大學的卡文迪什實驗室于1989年發明的，基于其簡單結構，能采用類似噴墨打印那樣的溶劑工藝或旋轉涂敷工藝對其進行制造，且成本不高。
這樣一種工藝比常規真空沉積技術要簡單和經濟得多。目前正進行提升P-OLED低效率水平的工作。Add-Vision、卡西歐和松下等公司在積極研發P-OLED技術，并可能于今或明年進行該顯示器的商品化生產。
Add-Vision的印刷P-OLED技術提供了許多主流OLED具有的有吸引力的特性，但制造更容易、成本更低。該公司開發出一種混配的P-OLED LEP墨水，它是把LEP與添加劑和輸送材料進行特殊摻混和配制得到的。
添加劑使在發光聚合物上進行低電壓電荷注入和高效率輻射復合成為可能，且不需要不穩定、真空沉積形成的金屬電極。此外，這種膜對在真空沉積過程中常見的高通量變異不敏感。
Add-Vision結構采用空氣穩定可打印陰極材料，它使低電壓工作、高功效和均勻發光成為可能。同時，這些材料可在空氣中打印且兼容柔性襯底的低溫處理（見圖3）。[page]
柔性OLED顯示器將流行
AM OLED轉向柔性顯示是個令人振奮的趨勢。“消費者被柔性顯示及其設備所吸引，不僅是因為它們在設計上是創新的，而且還因為它們提供了更強的功能，”Strategy Analytics的高級用戶體驗分析師Chris Schreiner說。
UDC演示了采用AM OLED的4英寸對角線原型。該原型的制造是UDC聯合LG Display和L-3 Communications的顯示系統部門一起完成的，它是ASU正在進行工作的一個補充（圖4）。UDC還在進行該顯示器觸摸屏版本的研發。
在今年的CES上，索尼演示了稱為Flex OLED的柔性AM OLED顯示器原型，它裝在索尼的Walkman手鐲上。索尼相信，該產品會是未來的電子墨水(e-ink)閱讀器。三星也看好柔性OLED顯示器，并宣稱將在今明兩年使OLED的生產翻番。迄今，三星已出產了2百萬個OLED面板，并表示能在明年使這種顯示器商品化。
轉向TOLED
透明OLED(TOLED)可發出白光，它既可是PM又可是AM器件。他們只有透明組件：基板、陰極和陽極。當關閉時，它的透明度可達到其襯底透明度的85％，如飛利浦的12cm原型TOLED面板所示（見圖5）。
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當TOLED加電時，它允許光線從兩個方向穿過。該特性對頭頂顯示器、光隔柵(白天幾乎看不見了，夜晚則是舒適的漫散光)、氣氛照明、光幕幔、用于導航和預警系統的汽車擋風玻璃以及建筑物的窗戶等應用很有用。開發TOLED的公司包括：歐司朗光電半導體、飛利浦和UDC。原型TOLED預計將在一兩年內問世。
采用OLED技術的照明是美國能源部(DoE)的一個主要目標，它對該行業為各種照明應用研發節能產品提供資助。美國能源部估計：到2016年，白光OLED在全球節省的電力成本將遠不止200億美元；而減少的二氧化碳排放，僅在美國就將有9百萬噸。
去年，UDC借助前面提到的UniversalPHOLED技術、采用白光源、在1000cd/m2光照條件下、實現了創紀錄的102lm/W能效指標。去年，美國能源部給了該公司190萬美元獎金以支持其加快白光OLED照明產品的開發。UDC還把UniversalPHOLED技術授許給柯尼卡美能達公司，后者將其用在柯尼卡的白光OLED照明產品。
歐盟(EU)啟動了一個稱為OLED100的綜合研究項目，其目標是以不超過100歐元/m2 的成本、在100×100cm的單元面積上，使OLED的效率達到100 lm/W、使用壽命超過10萬小時。在該項目之前，歐盟成功實施了用于照明應用的有機LED(OLLA)計劃，其成員包括歐洲領先的電子產品制造商以及研究機構和大學。
成員之一的歐司朗半導體公司去年展示了一款10×10cm的OLED面板，它在1000cd/m2條件下，具有30至50lm/W的光輸出，壽命為5000小時。在歐司朗這一工作的中間環節，還證明了OLED的白光輸出能比以前取得的較低水平有提高。歐司朗采用的是基本的真空沉積技術，使用的是小分子而不是可打印聚合物（圖6）。歸功于與BASF AG的合作，該面板的光輸出后增至60lms/W。
Novaled AG公司采用白光堆疊構造在1000 cd/m2條件下，實現了35lm/W 的更高光能效，且壽命為10萬小時；該構造串聯獨立的紅、綠和藍光發射單元或多個白光發射單元。p-i-n結構包含專有材料（圖7）。通過選擇發光材料及改變傳輸層厚度，可輕易地把發光顏色調整為等能量的白光以用于顯示應用。
