顯示屏作為為用戶帶來直接感官體驗(yàn)的產(chǎn)品，對卓越性能的追求從未止步 —— 高畫質(zhì)、超輕薄、長壽命、低功耗等均是衡量平板顯示器產(chǎn)品的重要指標(biāo)。AMOLED (Active Matrix/Organic Light Emitting Diode)，即有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體顯示面板，以其卓越畫質(zhì)、輕薄外形、寬溫操作、戶外可視、節(jié)能省電等特性，尤其是在健康護(hù)眼方面的巨大優(yōu)勢，得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，有望成為繼陰極射線管顯示技術(shù)（CRT），液晶顯示技術(shù)（LCD）之后的第三代主流顯示技術(shù)。

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發(fā)光原理

OLED器件結(jié)構(gòu)為陽極、金屬陰極以及夾在中間的有機(jī)功能層，呈現(xiàn)三明治結(jié)構(gòu)。常規(guī)有機(jī)功能層包括空穴傳輸層，電子傳輸層，有機(jī)發(fā)光層。

OLED的發(fā)光過程通常有以下5個(gè)基本階段：

載流子注入：在外加電場作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機(jī)功能層注入。

載流子傳輸：注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。

載流子復(fù)合：電子和空穴注入到發(fā)光層后，由于庫倫力的作用束縛在一起形成電子空穴對，即激子。

激子遷移：由于電子和空穴傳輸?shù)牟黄胶猓ぷ拥闹饕纬蓞^(qū)域通常不會(huì)覆蓋整個(gè)發(fā)光層，因而會(huì)由于濃度梯度產(chǎn)生擴(kuò)散遷移。

激子輻射退激發(fā)出光子：激子輻射躍遷，發(fā)出光子，釋放能量。

OLED發(fā)光的顏色取決于發(fā)光層有機(jī)分子的類型，在同一片OLED上放置幾種有機(jī)薄膜，就構(gòu)成彩色顯示器。光的亮度或強(qiáng)度取決于發(fā)光材料的性能以及施加電流的大小，對同一OLED，電流越大，光的亮度就越高。

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驅(qū)動(dòng)模式

OLED驅(qū)動(dòng)模式分為被動(dòng)(PMOLED)與主動(dòng)(AMOLED)兩種。

PMOLED的結(jié)構(gòu)簡單，每個(gè)像素點(diǎn)由分立的陰極陽極控制，不需要額外的驅(qū)動(dòng)電路，但是太多的控制線路限制其在大尺寸高分辨率屏幕上的應(yīng)用。

AMOLED則是通過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，最大程度的減少了控制線路的數(shù)量，使其具備低能耗，高分辨率，快速響應(yīng)和其他優(yōu)良光電特性，因此AMOLED逐漸成為OLED顯示的主流技術(shù)。

無源矩陣 OLED （PMOLED） ?

結(jié)構(gòu)簡單，成本低 ? 時(shí)間分辨動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)（線路順序驅(qū)動(dòng)）需要比AMOLED更高的電壓 屏幕越大，占空比（對每個(gè)像素施加電壓的時(shí)間）越短，亮度越低。 ?

?中小型顯示器可以以低成本制造。 ?

有源矩陣 OLED （AMOLED） ?

在每個(gè)像素中形成半導(dǎo)體元件會(huì)使電路和制造工藝復(fù)雜化，并增加成本。 ?

開關(guān)可以防止電流泄漏（串?dāng)_） ?

由于電容器存儲(chǔ)不會(huì)立即降低電壓，因此即使縮短占空比也可以保持亮度。 ?

?成本高，但適合制造大中型顯示器。 ?

由于這種差異，PMOLED通常適用于小于4英寸的尺寸，而AMOLED適用于較大的尺寸。 ?

高分辨率AMLOED的驅(qū)動(dòng)電路越來越小，但是相應(yīng)的電學(xué)性能要求則越來精高，所以常規(guī)的非晶硅技術(shù)已經(jīng)很難滿足新的需求。低溫多晶硅(LTPS)則可以迎合新的發(fā)展要求，其核心技術(shù)是將非晶硅經(jīng)過”準(zhǔn)分子激光晶化法”形成多晶硅。低溫多晶硅相較于非晶硅有著更高的載流子遷移率，更低的缺陷密度，以及更好的電學(xué)特性。

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AMOLED結(jié)構(gòu)

LTPS-AMOLED的與LCD的結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)基本相同，但由于AMOLED是自發(fā)光結(jié)構(gòu)，不需要背光源，因此體積更輕薄。同時(shí)，也由于自發(fā)光的特性，使得暗畫面下的功耗遠(yuǎn)低于LCD的背光恒定功耗，使AMOLED顯示面板擁有節(jié)能的特性。

OLED的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：

基板（可以是塑料、玻璃或金屬箔）——OLED 的基礎(chǔ)

陽極（可能是透明的，也可能不是透明的，取決于OLED的類型） - 帶正電荷以將空穴（沒有電子）注入構(gòu)成OLED器件的有機(jī)層中

空穴注入層 （HIL） – 沉積在陽極頂部，該層接收來自陽極的孔并將它們注入更深的設(shè)備中

孔傳輸層 （HTL） – 該層支持孔在其上的傳輸，以便它們可以到達(dá)自發(fā)光層

Emissive?層 – 設(shè)備的心臟和制造光的地方，發(fā)射層由摻雜到主機(jī)中的顏色定義發(fā)射器組成。這是電能直接轉(zhuǎn)化為光的層。

阻擋層 （BL） – 通常用于通過將電子（電荷載流子）限制在發(fā)射層來改進(jìn) OLED 技術(shù)

電子傳輸層 （ETL） – 支持電子在其上的傳輸，以便它們可以到達(dá)發(fā)射層。

陰極（可能是透明的，也可能不是透明的，具體取決于OLED的類型） - 帶負(fù)電以將電子注入構(gòu)成OLED器件的有機(jī)層中。

AMOLED也擁有底發(fā)光與頂發(fā)光兩種結(jié)構(gòu)。頂發(fā)光結(jié)構(gòu)中，光線不會(huì)受到驅(qū)動(dòng)電路的遮擋，相比底發(fā)光結(jié)構(gòu)擁有更高的開口率，從而在高解析度的應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢，因此逐漸成為了AMOLED的主流。

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AMOLED工藝流程

AMOLED工藝流程

LTPS-AMOLED的制作工藝囊括了顯示面板行業(yè)的諸多尖端技術(shù)，其主要分為背板段，前板段以及模組段三道工藝。

背板段工藝通過成膜，曝光，蝕刻疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜層以形成LTPS（低溫多晶硅）驅(qū)動(dòng)電路，其為發(fā)光器件提供點(diǎn)亮信號(hào)以及穩(wěn)定的電源輸入。其技術(shù)難點(diǎn)在于微米級(jí)的工藝精細(xì)度以及對于電性指標(biāo)的極高均一度要求。

鍍膜工藝是使用鍍膜設(shè)備，用物理或化學(xué)的方式將所需材質(zhì)沉積到玻璃基板上（2）；

曝光工藝是采用光學(xué)照射的方式，將光罩上的圖案通過光阻轉(zhuǎn)印到鍍膜后的基板上（3、4、5）；

蝕刻工藝是使用化學(xué)或者物理的方式，將基板上未被光阻覆蓋的圖形下方的膜蝕刻掉，最后將覆蓋膜上的光阻洗掉，留下具有所需圖形的膜層（6、7）。

前板段工藝通過高精度金屬掩膜板（FMM）將有機(jī)發(fā)光材料以及陰極等材料蒸鍍在背板上，與驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合形成發(fā)光器件，再在無氧環(huán)境中進(jìn)行封裝以起到保護(hù)作用。蒸鍍的對位精度與封裝的氣密性都是前板段工藝的挑戰(zhàn)所在。

高精度金屬掩膜板(FMM):其主要采用具有極低熱變形系數(shù)的材料制作，是定義像素精密度的關(guān)鍵。制作完成后的FMM由張網(wǎng)機(jī)將其精確地定位在金屬框架上并送至蒸鍍段（2）；

蒸鍍機(jī)在超高真空下，將有機(jī)材料透過FMM蒸鍍到LTPS基板限定區(qū)域上（3）；

蒸鍍完成后將LTPS基板送至封裝段，在真空環(huán)境下，用高效能阻絕水汽的玻璃膠將其與保護(hù)板進(jìn)行貼合。玻璃膠的選用及其在制作工藝上的應(yīng)用，將直接影響OLED的壽命（5、6）。

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技術(shù)優(yōu)勢

超高對比

AMOLED 1,000,000:1 vs. LCD 1,000:1對比度高1,000倍，畫面更清晰，展現(xiàn)所有細(xì)節(jié)

色彩逼真

AMOLED 色彩飽和度達(dá)到105%，而LCD僅為70%，AMOLED1.5倍更寬廣色域，完美呈現(xiàn)大自然最真實(shí)的色彩

寬廣視角

85°視角時(shí)AMOLED對比度＞1,000:1,LCD對比度＞10:1，AMOLED高出100倍的視角優(yōu)勢，無論在任何角度觀看，畫面始終如一

節(jié)能省電

AMOLED 表現(xiàn)全彩影像時(shí)更加節(jié)能省電，一般使用情況下，動(dòng)態(tài)加權(quán)功耗僅為LCD的60%

異形顯示

可以應(yīng)需求切割成純圓形或者其他不規(guī)則形狀，不受傳統(tǒng)形式束縛，適用于更多的應(yīng)用領(lǐng)域

時(shí)尚輕薄

無需背光源，結(jié)構(gòu)更加簡單，厚度比LCD減少40%以上，讓終端產(chǎn)品時(shí)尚輕薄

柔性顯示

可實(shí)現(xiàn)固定曲面、可彎曲、可卷曲到可折疊等形式的柔性顯示，在未來終端應(yīng)用中擁有無限創(chuàng)新可能

低亮度高對比

AMOLED對比度高于LCD，因而具有更高感知亮度。在黑暗中，使用者可以在低顯示亮度下獲得清晰畫面，使眼睛免受強(qiáng)光刺激

低藍(lán)光傷害

AMOLED在435納米以下的高能有害藍(lán)光值（mW/sr/m2）僅為0.1，而LCD為33。AMOLED低300倍的高能藍(lán)光強(qiáng)度，有效減少對于眼睛及內(nèi)分泌系統(tǒng)傷害的風(fēng)險(xiǎn)

快速響應(yīng)

AMOLED響應(yīng)時(shí)間小于1ms，LTPS AMOLED小于20ms。20倍響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，有效降低虛擬現(xiàn)實(shí)用戶的眩暈感

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技術(shù)缺陷

OLED似乎是一項(xiàng)完美無缺的技術(shù)，適合各類的顯示器，但它也存在一些問題：

1、壽命

盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命較長（10000-40000小時(shí)），但根據(jù)目前的技術(shù)水準(zhǔn)，藍(lán)色有機(jī)物的壽命要短的多（僅有約1000小時(shí)）。

2、水

OLED如果遇水，很容易就會(huì)損毀。

3、烙印、色衰:

因OLED的材質(zhì)限制，像素點(diǎn)有壽命限制，用久了屏幕容易產(chǎn)生顏色偏移、色衰、烙印的痕跡。但這不是OLED手機(jī)獨(dú)有的問題──LCD屏幕也容易有類似問題。

4、閃屏:

因OLED的調(diào)光方式，導(dǎo)致可能出現(xiàn)閃屏的現(xiàn)象，閃屏指的是屏幕以低頻率閃爍，雖然視覺上看不出閃爍，看久了可能會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞的現(xiàn)象，但這部分因人而異，有些人感覺不出來。

5、成本高：

目前OLED制作難度及材料成本較LCD來得高，雖然市占率逐漸提升，但仍未完全取代LCD屏幕；

6.頻閃傷眼睛

LCD屏幕通過調(diào)整背光層的電壓或者電流控制屏幕的亮度（DC調(diào)光），如果OLED屏幕采用DC調(diào)光，在低電壓下會(huì)出現(xiàn)不均勻的果凍效應(yīng)，因此OLED屏幕采用了PWM調(diào)光方式。

根據(jù)IEEE文獻(xiàn)所述，OLED屏幕的頻閃會(huì)造成眼睛疲勞、偏頭痛等問題。PWM調(diào)光至少要在1250Hz以上，才會(huì)對人眼無害，否則可能引起不適。目前，主流的OLED屏幕，頻閃次數(shù)在250Hz左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)。

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OLED實(shí)現(xiàn)彩色化技術(shù)方法

RGB象素獨(dú)立發(fā)光

利用發(fā)光材料獨(dú)立發(fā)光是目前采用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬掩膜板（FMM）與CCD像素對位技術(shù)，首先制備紅、綠、藍(lán)三基色發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)三種顏色組合的混色比，產(chǎn)生真彩色，使三色OLED元件獨(dú)立發(fā)光構(gòu)成一個(gè)像素。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于提高發(fā)光材料的色純度和發(fā)光效率，同時(shí)金屬掩膜板刻蝕技術(shù)也至關(guān)重要。

隨著OLED顯示器的彩色化、高分辨率和大面積化，金屬掩膜板刻蝕技術(shù)直接影響著顯示板畫面的質(zhì)量，所以對金屬掩膜板圖形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

光色轉(zhuǎn)換

光色轉(zhuǎn)換是以藍(lán)光OLED結(jié)合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先制備發(fā)藍(lán)光OLED的器件，然后利用其藍(lán)光激發(fā)光色轉(zhuǎn)換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于提高光色轉(zhuǎn)換材料的色純度及效率。

這種技術(shù)不需要金屬掩膜板對位技術(shù)，只需蒸鍍藍(lán)光OLED元件，是未來大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術(shù)之一。但它的缺點(diǎn)是光色轉(zhuǎn)換材料容易吸收環(huán)境中的藍(lán)光，造成圖像對比度下降，同時(shí)光導(dǎo)也會(huì)造成畫面質(zhì)量降低的問題。

彩色濾光膜

此種技術(shù)是利用白光OLED結(jié)合彩色濾光膜，首先制備發(fā)白光OLED的器件，然后通過彩色濾光膜得到三基色，再組合三基色實(shí)現(xiàn)彩色顯示。

該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于獲得高效率和高純度的白光。它的制作過程不需要金屬掩膜板對位技術(shù)，可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術(shù)。所以是未來大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術(shù)之一，但采用此技術(shù)使透過彩色濾光膜所造成光損失高達(dá)三分之二。

RGB象素獨(dú)立發(fā)光，光色轉(zhuǎn)換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。可根據(jù)工藝結(jié)構(gòu)及有機(jī)材料決定。

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評價(jià)OLED性能的主要參數(shù)

通常，OLED發(fā)光材料及器件的性能可以從發(fā)光性能和電學(xué)性能兩個(gè)方面來評價(jià)。發(fā)光性能主要包括發(fā)射光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光效率、發(fā)光色度和壽命；而電學(xué)性能則包括電流與電壓的關(guān)系、發(fā)光亮度與電壓的關(guān)系等，這些都是衡量OLED材料和器件性能的主要參數(shù)。

發(fā)射光譜

發(fā)射光譜指的是在所發(fā)射的熒光中各種波長組分的相對強(qiáng)度，也稱為熒光的相對強(qiáng)度隨波長的分布。發(fā)射光譜一般用各種型號(hào)的熒光測量儀來測量，其測量方法是：熒光通過單色發(fā)射器照射于檢測器上，掃描單色發(fā)射器并檢測各種波長下相對應(yīng)的熒光強(qiáng)度，然后通過記錄儀記錄熒光強(qiáng)度對發(fā)射波長的關(guān)系曲線，就得到了發(fā)射光譜。

OLED的發(fā)光光譜有兩種，即光致發(fā)光

（PL）光譜和電致發(fā)光（EL）光譜。PL光譜需要光能的激發(fā)，并使激發(fā)光的波長和強(qiáng)度保持不變；EL光譜需要電能的激發(fā)，可以測量在不同電壓或電流密度下的EL光譜。通過比較器件的EL光譜與不同載流子傳輸材料和發(fā)光材料的PL光譜，可以得出復(fù)合區(qū)的位置以及實(shí)際發(fā)光物質(zhì)的有用信息。

發(fā)光亮度

發(fā)光亮度的單位是cd/㎡，表示每平方米的發(fā)光強(qiáng)度，發(fā)光亮度一般用亮度計(jì)來測量。最早制作的OLED器件的亮度已超過了1000cd/㎡，而目前最亮的OLED亮度可以超過140000cd/㎡。

發(fā)光效率

OLED的發(fā)光效率可以用量子效率、功率效率和流明效率來表示。?量子效率ηq是指輸出的光子數(shù)Nf與注入的電子空穴對數(shù)Nx之比。衡量一個(gè)發(fā)光器件的功能時(shí)，多用流明效率這個(gè)參量。流明效率ηl，也叫光度效率，是發(fā)射的光通量L（以流明為單位）與輸入的電功率Px之比。其中，S為發(fā)光面積（㎡），B為發(fā)光亮度（cd/㎡），I和V分別為測量亮度時(shí)所加的偏置電流和電壓，J為相應(yīng)的電流密度（A/㎡），流明效率的單位是lm/W。

發(fā)光色度

發(fā)光色度用色坐標(biāo)（x，y，z）來表示，x表示紅色值，y表示綠色值，Z表示藍(lán)色值，通常x，y兩個(gè)色品就可表注顏色。

發(fā)光壽命

壽命是指為亮度降低到初始亮度的50％所需的時(shí)間。對商品化的OLED器件要求連續(xù)使用壽命達(dá)到10000小時(shí)以上，存儲(chǔ)壽命要求5年。在研究中發(fā)現(xiàn)影響OLED器件壽命的因素之一是水和氧分子的存在，因此在器件封裝時(shí)一定要隔絕水和氧分子。

電流密度－電壓關(guān)系

在OLED器件中，電流密度隨電壓的變化曲線反映了器件的電學(xué)性質(zhì)，它與發(fā)光二極管的電流密度－電壓的關(guān)系類似，具有整流效應(yīng)。在低電壓時(shí)，電流密度隨著電壓的增加而緩慢增加，當(dāng)超過一定的電壓電流密度會(huì)急劇上升。

亮度－電壓關(guān)系

亮度-電壓的關(guān)系曲線反映的是OLED器件的光學(xué)性質(zhì)，與器件的電流－電壓關(guān)系曲線相似，即在低驅(qū)動(dòng)電壓下，電流密度緩慢增加，亮度也緩慢增加，在高電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，亮度伴隨著電流密度的急劇增加而快速增加。從亮度－電壓的關(guān)系曲線中，還可以得到啟動(dòng)電壓的信息。啟動(dòng)電壓指的是亮度為1cd/㎡的電壓。

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結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，大尺寸OLED也取得突破。同樣是基于自發(fā)光帶來的優(yōu)勢，OLED屏幕不僅能做到1mm以內(nèi)的極致超薄，還能夠?qū)崿F(xiàn)卷曲、折疊、透明、雙面顯示等未來顯示形態(tài)。在理論上，OLED屏可以附著在任何透明或不規(guī)則的物體表面，打造“顯示無處不在”的未來世界，OLED未來應(yīng)用前景非常誘人。

審核編輯：劉清