金成龍 李青

摘要：隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)更高畫質(zhì)及輕薄化顯示屏的需求也日益增加，為了滿足這些需求，各大廠商采用最近大熱的OLED屏，本文在這中背景條件下簡(jiǎn)單敘述了OLED顯示技術(shù)的情況，并對(duì)此技術(shù)對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域及對(duì)其他方面的影響做了簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞：OLED顯示技術(shù);屏下指紋解鎖;封裝工藝

中圖分類號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）08-0216-04

本文簡(jiǎn)單介紹了作為次世代顯示技術(shù)的代表的OLED顯示技術(shù)，并對(duì)目前市場(chǎng)情況做了簡(jiǎn)要分析，進(jìn)而分析了OLED顯示技術(shù)對(duì)智能手機(jī)相關(guān)功能所帶來的影響。

1 OLED的概況

1.1 OLED的概念

OLED（Organic Light Emitting Diode）是在有機(jī)物薄膜上通過電流時(shí)會(huì)發(fā)光的自發(fā)光型有機(jī)材料，被譽(yù)為可替代傳統(tǒng)LCD顯示技術(shù)的次世代顯示技術(shù)備受矚目。OLED對(duì)比LCD具有厚度薄、可視角度廣、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。OLED作為無需光源的自發(fā)光型顯示技術(shù)，具有可視角度廣，色彩還原性高的特點(diǎn)，且對(duì)比其他顯示技術(shù)具有更快的反應(yīng)速度，以薄膜形態(tài)制作而成，厚度薄，是可實(shí)現(xiàn)柔性顯示的顯示技術(shù)。另一方面，OLED目前受良率與使用壽命的原因，在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面不如LCD，在大型化還有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的難點(diǎn)。

1.2 OLED的結(jié)構(gòu)

OLED是在有機(jī)物薄膜上通過正極和負(fù)極注入的空穴（Hole）與電子（Electron）相結(jié)合形成激子（Exciton），當(dāng)激子恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)以發(fā)光的形式釋放能量從而發(fā)光。

1.3 OLED的分類

OLED可根據(jù)發(fā)光材料的種類、發(fā)光方式、發(fā)光結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式等可分為多種類型，一般以驅(qū)動(dòng)方式的不同可分為PM OLED（Passive Matrix;被動(dòng)型）與AM OLED（Active Matrix;主動(dòng)型）。OLED方式分類如表1所示。

1.4 PMOLED與AMOLED的特點(diǎn)

OLED市場(chǎng)一開始是以造價(jià)低廉的PMOLED為中心成長(zhǎng)，但近期主打高分辨率與適用于大型化的AMOLED實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。PMOLED是在顯示區(qū)域內(nèi)將正極與負(fù)極以矩陣方式進(jìn)行交叉排列，當(dāng)施加電壓時(shí)正極與負(fù)極交叉部分發(fā)光的方式。PMOLED制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但具有壽命短、大型化時(shí)反應(yīng)速度延遲、耗電量急增等問題，是適用于小型、低分辨率的方式。AMOLED是用TFT控制各像素的方式。AMOLED制造工藝雖然復(fù)雜，但具有可通過利用TFT實(shí)現(xiàn)低壓驅(qū)動(dòng)，且可實(shí)現(xiàn)大型化和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)[1]。PMOLED與AMOLED對(duì)比如表2所示。

1.5 OLED商用產(chǎn)品動(dòng)向

使用OLED商用產(chǎn)品最具代表性的就是智能手機(jī)。各大手機(jī)廠商為了滿足消費(fèi)者對(duì)更加清晰畫面的需求逐漸開始使用OLED屏幕。未來一段時(shí)間內(nèi)，智能手機(jī)將是OLED面板的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

2 OLED技術(shù)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 移動(dòng)終端

中小型OLED：FOD（Fingerprint on Display屏下指紋識(shí)別）與Foldable（折疊式）是關(guān)鍵。

2.1.1 需求放緩，追求差異化的配套廠商

智能手機(jī)市場(chǎng)漲勢(shì)到17年開始進(jìn)入成熟期。到18年智能手機(jī)銷量：（1）交替周期上升;（2）因差異化戰(zhàn)略輔材等原因放緩加劇，去年已是逆成長(zhǎng)。18年第三季度全球智能手機(jī)銷量為3.56億部，對(duì)比去年同期銳減6%。各大手機(jī)廠商已經(jīng)開始調(diào)整庫存。

2019年度全球經(jīng)濟(jì)增速放緩，不看好智能手機(jī)市場(chǎng)有所成長(zhǎng)，配套廠商戰(zhàn)略大致可分為：

（1）通過高價(jià)戰(zhàn)略確保收益（蘋果）;

（2）通過升級(jí)配置擴(kuò)大占有率（三星，華為，OPPO/VIVO/小米等）。

蘋果會(huì)通過持續(xù)的ASP上升抵消銷量低迷，維持其收益，其他配套廠商除了改善相機(jī)性能外，通過折疊式及FOD（Fingerprint on Display）的導(dǎo)入展示差異性。

2.1.2 FOD（Fingerprint on Display）：拉動(dòng)Rigid OLED需求

未來幾年智能手機(jī)廠商戰(zhàn)略中重中之重將是全面采用FOD。FOD是Fingerprint On Display（屏下指紋識(shí)別）的縮寫，與傳統(tǒng)的在非屏幕顯示區(qū)域指紋識(shí)別方式不同，是在屏幕顯示區(qū)域進(jìn)行指紋識(shí)別的方式。目前為止FOD技術(shù)僅限在中國(guó)國(guó)內(nèi)廠商使用，全球首款使用FOD的廠家是VIVO，18年1月VIVO推出了使用屏下指紋識(shí)別技術(shù)的“X20”機(jī)型，面世后的市場(chǎng)反應(yīng)除了認(rèn)為新穎外還有反應(yīng)速度慢的反饋。也就是說雖然是劃時(shí)代的技術(shù)，但仍有提升空間。蘋果公司為了體現(xiàn)與安卓陣營(yíng)的差異，所采用的生物識(shí)別技術(shù)為“FaceID”（面部識(shí)別技術(shù)）。

即便蘋果不使用FOD技術(shù)，業(yè)界普遍認(rèn)為未來FOD市場(chǎng)會(huì)有很大發(fā)展。其理由為：（1）對(duì)新的生物識(shí)別方式（面部識(shí)別，虹膜識(shí)別）消費(fèi)者好感度并沒有指紋識(shí)別高;（2）智能手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展減緩中各廠商之間的差異化戰(zhàn)略將會(huì)加劇。

根據(jù)調(diào)查機(jī)構(gòu)HIS調(diào)查結(jié)果顯示，指紋識(shí)別模塊銷量預(yù)計(jì)在19年達(dá)到1.05億臺(tái)（+1，073%YoY），20年達(dá)到2.06億臺(tái)（+96%YoY），保持高速成長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，相關(guān)的COF Packaging技術(shù)搭配應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V闊。近期配套廠商為了體現(xiàn)差異化擴(kuò)大開始推出無邊框手機(jī)。

COF Packaging技術(shù)正逐步取代COG（Chip on Glass）需求，這是更易于實(shí)現(xiàn)全面屏的技術(shù)。COF Packaging所需薄膜供應(yīng)商有 Chipbond（66K/月），JMC（55K/月），Stemco（90K/月），LG伊諾特（110K/月），F(xiàn)lexceed（30K/月）。

指紋識(shí)別技術(shù)可大致分為2種，分別是Under Display和In Display方式。其中Under Display是近期新開發(fā)的技術(shù)，指紋識(shí)別傳感器在顯示屏下方。雖然Under Display對(duì)比In Display價(jià)格相對(duì)低廉，但只能在顯示屏部分區(qū)域進(jìn)行識(shí)別。相反，In Display方式預(yù)計(jì)會(huì)在2～3年后得到商用，雖然價(jià)格相對(duì)昂貴，但可在整個(gè)顯示屏區(qū)域進(jìn)行指紋識(shí)別而非部分區(qū)域。

未來2年內(nèi)預(yù)計(jì)大部分都會(huì)為Under Display方式，Under Display方式根據(jù)媒介種類可分為Optical方式（光學(xué)方式）與Ultrasonic 方式（超聲波方式）。Optical方式是將光照射到指紋，并識(shí)別根據(jù)指紋的模樣與深度所反射的光線來識(shí)別指紋。超聲波方式是將超聲波發(fā)射到指紋上，并識(shí)別反射來的超聲波的方式來進(jìn)行指紋識(shí)別。

超聲波方式對(duì)比光學(xué)方式指紋識(shí)別速度快，準(zhǔn)確度高。超聲波對(duì)比光線對(duì)3D影像捕捉效果更好。因此，光學(xué)方式比起3D影像更適用于2D影像，且如果指紋上有水或其他臟污識(shí)別率會(huì)相對(duì)降低。

配套廠商加大對(duì)FOD的采用后相應(yīng)的OLED面板需求量預(yù)計(jì)也會(huì)隨之增加。因?yàn)镕OD技術(shù)僅適用于OLED面板。目前主流技術(shù)為超聲波或光學(xué)方式都是Under Display方式，以媒介（光，超聲波）透過有機(jī)材料之間的縫隙為核心。

相反，LCD從結(jié)構(gòu)來看，媒介很難通過背光源。具有對(duì)比OLED通過時(shí)間更久且識(shí)別效率更低等缺點(diǎn)。因這種技術(shù)難點(diǎn)，開始有了可用于LCD的In Display方式研發(fā)。In Display方式如同TSP（Touch Screen Panel）是將傳感器放置于顯示器內(nèi)部的方式，因傳感器位置在蓋板玻璃下方，是較為進(jìn)步的技術(shù)。

但是，即便In Display方式開發(fā)成功，業(yè)界普遍認(rèn)為適配OLED面板的可能性比適配LCD要高。其理由并非因傳感器技術(shù)自身的難點(diǎn)，而是OLED更適合全面屏，無邊框屏。最終，F(xiàn)OD技術(shù)的導(dǎo)入將成為拉動(dòng)OLED面板需求的主要技術(shù)趨勢(shì)。

2.1.3 Foldable：改善Flexible OLED的需求的關(guān)鍵

除FOD外，19年智能手機(jī)廠家的變化為折疊式手機(jī)的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)可折疊式最亮眼的變化是蓋板層。目前硬性或柔性O(shè)LED最外層的蓋板層是玻璃。玻璃因美觀，有高級(jí)感一直沿用至今，但同時(shí)具有彎曲難度大，易碎等缺點(diǎn)，適配折疊式有自身上限，因此預(yù)計(jì)CPI（Colorless Polyimide）會(huì)暫時(shí)作為替代方案來使用。

適用于折疊式手機(jī)的PI具有復(fù)原性好，耐沖擊，耐化學(xué)性/耐磨/耐熱等特點(diǎn)，還有可彎曲的決定性特點(diǎn)，但PI本身帶有有較深的褐色，原本不適用于要求透明的顯示領(lǐng)域，但隨后成功實(shí)現(xiàn)透明化，才得以應(yīng)用。CPI中的C是Colorless的頭文字。

2.1.4 Foldable所帶來的主要變化-封裝工藝

封裝工藝是形成OLED有機(jī)層保護(hù)膜的工藝。OLED有機(jī)層對(duì)氧氣十分脆弱。若要實(shí)現(xiàn)折疊式，傳統(tǒng)的封裝工藝很有可能發(fā)生較大改變。其理由為，在折疊式顯示屏上如果封裝受損，會(huì)導(dǎo)致OLED有機(jī)層發(fā)生問題。因此封裝工藝要與傳統(tǒng)方式不同，要具有耐彎曲的物理特點(diǎn)，且同時(shí)在反復(fù)展開/折疊過程中也要保持良好的黏貼性，還需要適用于大型化。

傳統(tǒng)硬性O(shè)LED所使用的是Frit方式。它是在玻璃與面板之間涂抹玻璃材質(zhì)的Frit，用激光進(jìn)行熔化并硬化的方式將玻璃與面板粘合。Frit方式在硬性O(shè)LED上能有效的阻隔氧氣等外界影響，但Frit方式所用到的玻璃材質(zhì)的涂料，不適用于折疊式顯示屏。

為此，三星或?qū)?dǎo)入可用于折疊式OLED的TFE（Thin Film Encapsulation：薄膜封裝）技術(shù)。TFE是通過層積超薄有機(jī)膜與無機(jī)膜的方式阻隔水分與氧氣的封裝工藝。TFE的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)膜與無機(jī)膜的多層覆蓋，更易于阻隔微小滲透物，且具有耐彎曲等機(jī)械變化。

TFE薄膜蒸鍍方式有Sputter，PECVD，ALD等方式。Sputter方式為物理蒸鍍方式，原理雖簡(jiǎn)單，但具有無法保證表面均勻的缺點(diǎn)。PECVD方式雖然可以保證表面均勻度，但無法制成超薄鍍膜。ALD方式是形成原子單位的薄膜的方法，可補(bǔ)全PECVD的缺點(diǎn)。

2.1.5 折疊式所帶來的主要變化-Y-OCTA的必要性擴(kuò)大

TSP（Touch Screen Panel）市場(chǎng)從傳統(tǒng)的Add on Type方式逐漸轉(zhuǎn)變成On-Cell Type方式。因?yàn)锳dd on Type方式厚度相對(duì)較厚的缺點(diǎn)。也就是說，對(duì)于目前趨于輕薄的智能手機(jī)而言，此方式并非優(yōu)先方案。On Cell Type方式不同于Add On Type觸控傳感器是在顯示屏內(nèi)部的內(nèi)置型方式。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：（1）非位于偏光板上方而是位于偏光板下方的方式。（2）無需額外基板，傳感器位于封裝薄膜（TFE：Flexible OLED）或封裝玻璃（Encap Glass：Rigid OLED）上方。

但是，為了能完美體現(xiàn)折疊式顯示屏，OLED的模組需要更薄。目前OLED模組厚度（包括蓋板玻璃）約為1.0～ 1.2mm，為了實(shí)現(xiàn)折疊式顯示需要將目前的OLED模組厚度減少50%。特別是Cover Lens，觸控傳感器，偏光板的合計(jì)厚度要縮小至0.1mm。

為了實(shí)現(xiàn)這功能，三星目前在使用Y-OCTA。Y-OCTA是Youm-On Cell Touch AMOLED的縮寫。Youm是代指柔性O(shè)LED的三星公司的稱謂。Y-OCTA是薄膜封裝（TFE）用有機(jī)物與偏光板之間構(gòu)建鋁制金屬網(wǎng)格傳感器來組成觸控面板的技術(shù)，無需額外的TSP，可減少成本，且可使OLED模組厚度更薄。

目前絕大部分智能手機(jī)上適配的觸控方式是電容方式。此方式是將帶有傳感器的基板兩面用ITO鍍膜形成透明電極。通過這種方式使玻璃表面帶有一定電流，當(dāng)使用者觸控玻璃時(shí)傳感器會(huì)感知兩個(gè)導(dǎo)體之間的電位差。但電容方式具有不利于柔性顯示的結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn)。

（1）ITO薄膜的高電阻不利于大型化。折疊式對(duì)比傳統(tǒng)智能手機(jī)屏幕尺寸更大，電阻值過大會(huì)導(dǎo)致靜電信號(hào)無法正常傳遞;

（2）銦礦主產(chǎn)地為中國(guó)，產(chǎn)量有限，價(jià)格偏高;

（3）易碎。特別是彎曲時(shí)電阻值會(huì)急劇上升，不利于適用于柔性顯示;

（4）用于OLED時(shí)銦會(huì)擴(kuò)散，且生產(chǎn)工藝中會(huì)用到高溫，不適用于軟性基板。

針對(duì)不利于折疊式的上述ITO的特點(diǎn)，目前有各種材料作為替代方案逐步問世。具體有碳納米管（CNT），銀納米線（Silver Nanowire），金屬網(wǎng)格（Metal Mesh），導(dǎo)電聚合物（Conductive Polymer），石墨烯（Graphene）等。這些材料中普遍認(rèn)為最接近于商用化的就是金屬網(wǎng)格。金屬網(wǎng)格所使用的材料為導(dǎo)電性能好（銅，銀等）的金屬，這些材料所具備的低電阻值相對(duì)有利于大型畫面，彎曲時(shí)的電阻增加現(xiàn)象也少，是有利于柔性顯示的方式[2]。

2.2 三星對(duì)QD-OLED投資逐步落實(shí)

三星電子近期為了擴(kuò)大高端TV市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，集中力量開發(fā)EL（Electronic Luminescence）方式的QLED TV。三星公司目前所開發(fā)的QD-OLED不單單為L(zhǎng)CD TV的色彩還原度的輔助作用，是以QD來組成各像素。EL方式的優(yōu)點(diǎn)是不僅在色彩還原度方面比傳統(tǒng)的LCD TV要高，而且還可極大化對(duì)比度。另外，QD是無機(jī)材料，對(duì)比使用有機(jī)材料的OLED TV壽命要更長(zhǎng)。據(jù)目前情況來看，紅色/綠色QD元件壽命為7萬小時(shí)以上，即便一天觀看8小時(shí)，也可保持20年以上的使用壽命。但藍(lán)色元件還會(huì)使用OLED發(fā)光源，這是因?yàn)榈侥壳盀橹顾{(lán)色QD的研發(fā)速度進(jìn)展緩慢。制作藍(lán)色QD時(shí)大小要在1nm以下，對(duì)比綠色2～3nm，紅色5～6nm要小很多，屬于光波長(zhǎng)短、內(nèi)部能量密度十分高的程度。當(dāng)受到外界能量時(shí)會(huì)在一瞬間極速氧化，在制作實(shí)際產(chǎn)品中很難進(jìn)行適用。所以現(xiàn)在所開發(fā)的QD-OLED是使用藍(lán)色OLED為發(fā)光源，在此基礎(chǔ)上配置CF與紅色/綠色QD材料來呈現(xiàn)顏色。

近期隨著三星公司對(duì)QD-OLED投資可能性的增加，業(yè)界普遍期待在19年下半年中會(huì)對(duì)原有LCD產(chǎn)線切換。當(dāng)年確定切換OLED時(shí)出現(xiàn)了LCD產(chǎn)量減少的情況來看，對(duì)LCD供需有積極影響，也有人展望因此會(huì)引起LCD面板價(jià)格上升。在16年年底三星確定切換7-1產(chǎn)線（G7，150K/月）時(shí)面板價(jià)格持續(xù)6個(gè)月實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)（32英寸+30%/43英寸+59%/55英寸+25%）的情況來看，三星公司對(duì)LCD產(chǎn)線切換的投資是所有面板廠家所期待的部分。

3 結(jié)語

根據(jù)目前情況，OLED顯示技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)LCD顯示技術(shù)有著顯著優(yōu)勢(shì)，未來發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，發(fā)展空間巨大，但部分技術(shù)難點(diǎn)尚需攻關(guān)解決。OLED顯示技術(shù)的普及所帶動(dòng)的其他零件及技術(shù)也有較大發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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