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DisplaySearch公司預(yù)測，到2015年，OLED顯示屏市場收入將從2008年的5.91億美元增長到60億美元，年復(fù)合增長率(CAGR)將達(dá)到40%。屆時(shí)，OLED電視市場容量總計(jì)達(dá)26億美元。作為最近幾年炙手可熱的顯示技術(shù)，OLED憑借其輕薄、省電等諸多優(yōu)勢，吸引了不少市場眼球，業(yè)界人士均對(duì)OLED抱有巨大期望，并稱OLED將成為取代目前主流LCD顯示技術(shù)的下一代技術(shù)，一時(shí)間，OLED成為了平面顯示器大廠投注大量資源的新領(lǐng)域。
OLED的優(yōu)勢得益于其自身的發(fā)光原理，在外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，由電極注入的電子和空穴在有機(jī)材料中復(fù)合而釋放出能量，并將能量傳遞給有機(jī)發(fā)光物質(zhì)的分子，后者受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)受激分子回到基態(tài)時(shí)輻射躍遷而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，屬于自發(fā)光顯示技術(shù)，對(duì)耗電量要求不高，成為許多高亮度環(huán)境下理想的顯示設(shè)備技術(shù)，同時(shí)，OLED還具備更廣的色域范圍和視覺角度。似乎，這些優(yōu)勢足以讓OLED的“下一代顯示技術(shù)”頭銜名副其實(shí)。
但是，OLED成為“下一代顯示技術(shù)”的口號(hào)已經(jīng)喊了太久，以至于其壽命周期、生產(chǎn)過程以及材料都開始遭到了大家的質(zhì)疑，專業(yè)AV人士也在思考OLED是否真的能夠成為主流產(chǎn)品。盡管質(zhì)疑聲一片，仍然沒有阻止大量的公司為OLED顯示設(shè)備的研發(fā)而大手筆地“燒錢”，而且，大多數(shù)公司似乎更鐘情于在一些重要的消費(fèi)電子展會(huì)上展出一些外形小巧精致的OLED產(chǎn)品，如手持電視設(shè)備等。
OLED的發(fā)現(xiàn)
我們先從OLED的研究發(fā)現(xiàn)說起，20多年前在柯達(dá)研究實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家在研究一種新型光電技術(shù)時(shí)，無意中發(fā)現(xiàn)了一種可以發(fā)光的有機(jī)化合物質(zhì)。并在1987年申請了小分子有機(jī)發(fā)光二極管(SM-OLED)專利。
兩年之后，劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，OLED可以提出共軛聚合物，也就是眾所周知的聚苯乙炔化合物。這一發(fā)現(xiàn)后劍橋顯示技術(shù)公司(CDT)成立了，該公司現(xiàn)在是住友化學(xué)公司的一個(gè)部門。真正讓CDT聞名的是其研究發(fā)現(xiàn)，在P-OLED中使用的磷化合物可以被印刷于矩陣顯示器上。
這一研究發(fā)現(xiàn)最重要的意義在于兩家公司的方法都可以應(yīng)用于柔性顯示器上，也就是顯示器可以彎曲到限定的角度，而不會(huì)折斷。而且，顯示器本身也是超薄，只有不到四分之一英寸的防護(hù)玻璃基板的厚度。從本質(zhì)上講，可以將OLED顯示屏用在手機(jī)、PDA或小電視上，還具備較強(qiáng)的防震性。OLED的柔性和靈活性促進(jìn)了曲面顯示器的發(fā)展，如汽車虛擬儀表板。
悲喜交加的市場
在電子書的應(yīng)用上，OLED似乎有無與倫比的優(yōu)越性。不幸的是，仍然有些問題無法解決，首先是有機(jī)化合物相對(duì)較短的壽命問題，即在起初的1,000小時(shí)黃色和綠色都還比較鮮艷，但藍(lán)色OLED就不夠明亮，并且時(shí)間越長色彩越差，紅色也面臨同樣挑戰(zhàn)。
另一個(gè)問題就是一致性，早期的原型在色彩變化和像素亮度變化時(shí)存在著嚴(yán)重的問題，在電視上很難得以應(yīng)用。那么采用驅(qū)動(dòng)像素陣列的方法是否行之有效呢，要獲得快速的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換速度，必須采用TFT的主動(dòng)矩陣顯示屏。然而，OLED可能需要兩倍于液晶顯示器(LCD)多芯片驅(qū)動(dòng)程序。
進(jìn)入新世紀(jì)后，有近40家公司開始加大OLED投資，努力使OLED從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線。這些公司中很多都是我們耳熟能詳?shù)钠放迫缍虐�、東芝、LG、日立、三星、索尼等，也有一些相對(duì)較為陌生的面孔如Optrex、eMagin、奇美和住友等。
早在1999年，三洋與柯達(dá)公司制定了共同研究與開發(fā)有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的計(jì)劃，2001 年在日本建立了合資企業(yè) “SK 顯示器公司”，生產(chǎn)類似于LCD顯示器的具有彩色過濾器的白色OLED顯示屏。劍橋顯示技術(shù)公司 (CDT)則在有機(jī)聚合物方面取得了進(jìn)一步的發(fā)展，并開始研究P-OLED的噴墨打印機(jī)，將紅、綠、藍(lán)自動(dòng)沉積到OLED中。
經(jīng)歷了幾年的投入，OLED卻未能像市場當(dāng)初預(yù)測的那樣成熟起來，始終沒有進(jìn)入主流市場，一些公司開始淡出這個(gè)市場，柯達(dá)和三洋以分手告終。先鋒也在利潤出現(xiàn)兩年連續(xù)虧損之后，關(guān)閉一個(gè)制造主動(dòng)矩陣OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)面板合資企業(yè)。
盡管市場充滿了悲觀的情緒，但也有不少好消息。三星于2001年開始推行OLED開發(fā)計(jì)劃，分別在2004年和2005年1月開發(fā)了14.1英寸和21英寸面板，之后又推出40英寸面板。愛普生最早拉開OLED大屏幕應(yīng)用序幕，2004年5月發(fā)布了世界最大的40英寸OLED顯示器模型。CDT也繼續(xù)發(fā)展其專有的噴墨P-OLED打印系統(tǒng)。汽巴最近也推出了一項(xiàng)新的紅色磷光材料提供給德國德累斯頓Novaled，并宣稱壽命可達(dá)5萬小時(shí)�，F(xiàn)在，藍(lán)色OLED材料的壽命有望在亮度衰減一半之前比以前超出2萬小時(shí)。
總部在新澤西州特倫頓的美國環(huán)宇顯示技術(shù)(Universal Display)公司也在SM-OLED技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)上做了大量工作。在2008年5月的DisplayWeek展會(huì)上，UDC和合作伙伴LG公司共同展出了4英寸的QVGA全彩色主動(dòng)陣列OLED顯示器原型，非晶背板融合了UDC公司專有的PHOLED(磷光)技術(shù)和TOLED(透明復(fù)合陰極硅底板)技術(shù)，該顯示器的研發(fā)得到了美國國防部的支持。
索尼公司推出的XEL-1也在OLED市場上引起了不小的轟動(dòng)，這是市場上第一款商用的OLED電視。這款11英寸大小，1024×600像素分辨率的顯示屏僅為3毫米厚，并采用了SM-OLED技術(shù)，它的峰值功率消耗約為45瓦。那么這款OLED電視機(jī)在價(jià)格上是否具有優(yōu)勢呢，這個(gè)問題就比較難。2,500美金的價(jià)格，無論是買50英寸等離子或52英寸的液晶電視都足夠了。XEL-1高昂的成本對(duì)早期購買的用戶來說，堪稱代價(jià)較大的價(jià)格代價(jià)，但它也反映了當(dāng)前OLED制造工藝的低收益率。我們這樣來計(jì)算，XEL-1每英寸的零售價(jià)格約為227美金，一臺(tái)42英寸的價(jià)格為9,545美金，如此昂貴的價(jià)格是等離子顯示器在10年前的賣價(jià)。
索尼公司也展出過27英寸SM-OLED，該款產(chǎn)品厚度為9毫米，具有1920×1080像素分辨率。它和XEL-1的平均亮度都為200尼特，峰值亮度為600流明。(由于OLED是自發(fā)光，其亮度隨著內(nèi)容一起動(dòng)態(tài)變化，這與CRT和等離子顯示器一樣)。
在2009年CES上，三星也展示了OLED電視產(chǎn)品，其中包括14英寸和31英寸的原型電視，但并未準(zhǔn)備面向市場商用。三星的SDI(同時(shí)也負(fù)責(zé)等離子顯示器的生產(chǎn))，積極參與主動(dòng)陣列OLED的生產(chǎn)，并計(jì)劃將OLED顯示器推向市場。
OLED發(fā)展的艱難險(xiǎn)阻
OLED進(jìn)入主流市場面臨著諸多障礙，前面我們已經(jīng)提到了低收益率和亮度和色彩一致性等。另一方面則是經(jīng)濟(jì)原因，OLED面臨著來自HDTV市場主流的液晶和等離子技術(shù)的激烈競爭。在此，我們要提及另一顯示技術(shù)，即佳能的SED技術(shù)。它結(jié)合了傳統(tǒng)CRT顯示和平板顯示的優(yōu)點(diǎn)，其原理相當(dāng)于在一塊平板上安裝數(shù)以萬計(jì)的超微型電子槍。該技術(shù)擁有CRT在亮度、色彩、可視角度、響應(yīng)時(shí)間等方面的優(yōu)勢，但在高清分辨率上并不輸于液晶，在功耗上對(duì)比液晶和等離子也擁有很大優(yōu)勢。SED一度被視作是與OLED并駕齊驅(qū)的下一代主流顯示技術(shù)。佳能2005年就已經(jīng)展示了SED電視原型機(jī)，但至今也無法推向市場，專利侵權(quán)官司是造成這種阻礙的重要原因，但我們不得不承認(rèn)，液晶和等離子這兩種主流顯示器在價(jià)格和技術(shù)上的成熟優(yōu)勢，確實(shí)讓OLED和SED舉步維艱。
盡管大家都喜歡像信用卡一樣薄的HDTV，可以貼在墻上，但OLED廠商大多都將重心集中在小型的、壽命周期較短的顯示器市場如便攜式電子產(chǎn)品，包括手機(jī)(數(shù)億產(chǎn)品已經(jīng)在美國使用)、微型計(jì)算機(jī)和游戲機(jī)等。
這些產(chǎn)品通常都是幾年就會(huì)更新?lián)Q代，這也就意味著即使最保守的估計(jì)，哪怕OLED熒光粉的壽命時(shí)間只有一半如藍(lán)色和紅色，產(chǎn)品仍然會(huì)在安全的壽命周期內(nèi)。(例如：手機(jī)每天使用8小時(shí)，一年365天，如果使用2年，其使用時(shí)間為8×365×2=5840小時(shí)，這也遠(yuǎn)低于現(xiàn)在藍(lán)色OLED在衰減到一半亮度前1萬小時(shí)的壽命。)
此外，小尺寸屏幕比適用于電視的大尺寸OLED屏幕的生產(chǎn)有著更高的產(chǎn)出效率。自從愛普生和三星展出了40英寸OLED模型機(jī)后，在更大的尺寸上廠商們就很少有動(dòng)作了，因?yàn)闊o論是從技術(shù)還是價(jià)格上都實(shí)在是太困難。
OLED在手持電子設(shè)備應(yīng)用上更為成功的原因是它們在高亮環(huán)境光環(huán)境下，比透射和反射式液晶顯示器具有更好的觀看優(yōu)勢，在任何光線環(huán)境下，圖像亮度、飽和度以及色彩對(duì)比度都很完美，就像在大型戶外的數(shù)字告示牌中采用的LED顯示屏一樣，即便是光線直射，也能達(dá)到很好的效果。在2003年，柯達(dá)試圖生產(chǎn)主流的SM-OLED顯示設(shè)備，并推出了柯達(dá)的EasyShare LS663數(shù)碼相機(jī)，背部顯示器是2.2英寸SM-OLED，但該產(chǎn)品僅在歐洲和亞洲上市，但最終還是采用傳統(tǒng)的LCD的款型取代了OLED LS663。
OLED的未來
OLED似乎無法越過“進(jìn)一步，退一步”的舞步式發(fā)展態(tài)勢，并在過去20年來一直都處于這種狀態(tài)。然而，事實(shí)上，索尼在2007年推出小電視機(jī)產(chǎn)品為市場打了一針強(qiáng)心劑，即使產(chǎn)量仍然是揮之不去的頭痛問題，但也足以讓其他OLED市場領(lǐng)導(dǎo)者有足夠的理由硬著頭皮投身到OLED產(chǎn)品更多的研發(fā)中去。
其他的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新有可能進(jìn)一步打開市場大門。UDC和LG的合作就是其中之一，并具有重大意義，國防、航空和交通運(yùn)輸部門對(duì)防震顯示器的需求將大量增加。目前，柔性O(shè)LED在各種顯示的最大的需求大部分來自虛擬儀表盤和小型電腦。
2009年3月，通用電氣公司全球研究部展示了所謂的世界上第一個(gè)卷帶式OLED照明設(shè)備，并制訂了1,300萬美元的目標(biāo)，通過4年合作，通用電氣與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備部及美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)機(jī)構(gòu)合作，推出低成本的系統(tǒng)批量生產(chǎn)柔性電子紙顯示設(shè)備、便攜式電視屏幕大小的海報(bào)、太陽能為動(dòng)力的電池和高效率的照明設(shè)備。
2009年5月，索尼發(fā)布了有機(jī)薄膜晶體管(TFT)，印刷在塑料上的柔性薄膜。這種特別的OLED原型擁有160×120像素矩陣，每英寸80像素分辨率和每個(gè)像素318微米的尺寸。
與此同時(shí)，CDT、住友、Novaled也在2009年5月底宣布計(jì)劃聯(lián)合共同開發(fā)混合OLED設(shè)備，將兼?zhèn)湫碌木酆衔锇l(fā)光層和電子傳輸層摻雜。Novaled在OLED功耗效率上也有了新的突破，實(shí)現(xiàn)了白色OLED每瓦32流明，綠色OLED每瓦100流明的亮度新水平。他們還在測試一種新的有機(jī)材料，以取代傳統(tǒng)的玻璃系統(tǒng)，這也是柔性顯示器市場要發(fā)展起來所不可缺少的。
在市場上，我們見到的最多的OLED產(chǎn)品是虛擬控制面板，類似于正在研究的GUI和LCD顯示器。二者最大的區(qū)別是OLED會(huì)更節(jié)能，只需照亮需要的發(fā)光的部位，而無需照亮整個(gè)面板顯示所有可用的按鈕。
事實(shí)上，小型的OLED屏幕也會(huì)用在傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵上。NKK Switches公司，已經(jīng)生產(chǎn)出了OLED的智能開關(guān)，它具有一個(gè)微小的(15×11毫米)屏幕，分辨率64×48像素，另外也有不具備開關(guān)的OLED屏幕，被動(dòng)式陣列顯示器的壽命約為15,000小時(shí)。
技術(shù)突破
OLED技術(shù)技術(shù)發(fā)展方向是從小尺寸、低分辨率的PM-OLED向大尺寸、高分辨率的AM-OLED發(fā)展，同時(shí)研究柔性顯示器及白光照明等。需要解決的技術(shù)重點(diǎn)包括以下方面。
研發(fā)用于AM-OLED的低溫多晶硅TFT技術(shù)，尤其解決結(jié)晶化技術(shù)、TFT亮度補(bǔ)償技術(shù)及TFT基板制程工藝等。
增加OLED的亮度。目前OLED顯示器的實(shí)際亮度遠(yuǎn)未達(dá)到其理論值，需研究新的器件結(jié)構(gòu)如在陰陽極內(nèi)側(cè)加緩沖層、選用逸出功低且大氣穩(wěn)定性好的陰極材料、開發(fā)逸出功大且透光性好的陽極材料、研究能級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光更有效的有機(jī)材料等。
增加器件的壽命和穩(wěn)定性。盡管OLED壽命已達(dá)到近3萬小時(shí)，但與CRT、LCD相比仍有較大的差距，因此提高器件的發(fā)光效率，減少發(fā)熱對(duì)器件壽命的影響，同時(shí)改進(jìn)制備工藝，加強(qiáng)對(duì)基底材料的超凈處理并減少氧、水汽對(duì)器件的侵蝕，以提高器件壽命和穩(wěn)定性是OLED技術(shù)發(fā)展需解決的重要問題。
進(jìn)行新的高效有機(jī)材料的研究。OLED技術(shù)發(fā)展的另一重要方面是研究低驅(qū)動(dòng)電壓、高發(fā)光效率的新型有機(jī)發(fā)光材料，進(jìn)行熒光材料的改良性及磷光材料研究。
改善生產(chǎn)工藝，提高成品率，降低成本，確保市場競爭力。
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