OLED技术创新推动新一代显示屏的诞生

1987年，伊士曼柯达公司的研究人员发明了有机发光二极管（OLED）技术。OLED采用有机（碳基）半导体材料制作，这种材料在接通电流后会发光。

有机半导体的超薄层被夹在两个充电电极之间，一个为正极、一个为负极。这种OELD“夹层”被放置在一块基板上，比如玻璃板或其他透明材料板。“当对电极施加电流后，电极会发射出带正电荷和负电荷的孔洞和电子。这些孔洞和电子会在夹层的中间层进行结合，导致一种短暂的高能状态，称为“励磁”。随着这一层恢复初始稳定的“非励磁”态，能量会均匀地流过有机膜，导致其发光。”¹

 

OLED显示屏的结构，发射二极管位于两个电极之间（阳极和阴极）。电子在各层之间运动导致以光的形式发射能量（图片：Optics and Photonics News, 来源）

OLED显示屏的广泛应用

由于具备许多优势，包括亮度、色彩生动范围以及高能效，OLED成为许多商业应用领域的宠儿。OLED面板让显示屏制造商在柔韧性、形状和透明度方面具备了独一无二的能力。由于具有自发光功能，OLED不需要LCD显示屏那样的背光模组，因此同以往的显示屏技术相比，OLED面板更薄、更亮、更柔韧。

OLED显示屏的应用领域包括：

• 平板显示器（FPD），比如电视、智能手机和笔记本电脑，对于这些产品，消费者希望拥有更高的亮度、更高的能效、更广的色域和更薄的面板——虽然此类显示器价格通常比LCD和LED背光屏更高。
• 柔性显示屏，包括曲面屏、同仪表盘集成的车载显示屏、卷轴式显示屏以及最新的折叠屏智能手机。
• 微型显示屏，包括智能手表、可穿戴设备以及AR/VR头盔和智能眼镜的显示模块中使用的微型显示屏。
• 透明型显示屏，一般用于公共场所和零售商店的数字看板。

顺时针方向从左上开始：京东方的曲面“智能仪表盘”车载显示屏，三星^® Z Fold 3 折叠手机，戴尔发布的广受欢迎的 Alienware^®曲面电竞显示器，乐金显示研发的卷轴式电视（观看时从盒子中取出，观看后回滚收起来），LG发布的透明型OLED显示屏，以及配备OLED微型显示屏的 Fitbit™ 可穿戴式设备。（图片版权归 © 三星, © 戴尔计算机， © 乐金显示和 © Fitbit所有。）

鉴于上述各类应用和使用案例，不难发现OLED显示屏市场正在快速发展。实际上，同2021年相比（38.4万亿美元），预计其市场规模在2026年将接近73万亿美元（增长率近两倍）（年复合增长率13.6%）。2

Kopin开发的一款OLED-on-silicon微型显示屏，用于移动VR设备。（图片：来源）

OLED技术的新发展

学术界和企业界通过研发持续改进OLED技术，帮助其找到当下和未来新的应用领域。近期OLED的创新成果包括：

• 全球亮度最高的OLED微型显示屏 – eMagin 最近发布了全球第一款亮度超过10,000cd/m2（坎德拉每平方米，aka nit）的全彩OLED微型显示屏原型机。借助一项全彩模式技术，该款原型机在一个对角线长度仅0.87英寸（22.1mm）的微型显示屏上提供了1820x1200个像素。该款显示器专门针对“军事、医疗和工业AR/VR头盔、热成像瞄准镜、夜视仪、航空器头盔以及类似设备制造商进行设计，”³由eMagin内部制造。该公司计划到2023年开发出一款亮度达到28,000尼特的显示屏。
• 超薄OLED显示屏 – 电视制造商和买家都希望OLED显示屏尽量做薄，由于没有背光模组或LCD层，OLED屏最薄处通常可以做到2-3mm厚。目前市面上最薄的屏幕是LG的“壁纸”OLED电视，恰如其名，这款OLED电视只有0.15英寸（3.81mm）厚。为了保证显示屏的柔韧性/可折叠性，也需要使用超薄OLED显示屏。组件制造商Royale开发了全球首款超薄卷轴式OLED面板，厚度只有0.01mm，先锋目前推出了厚度0.1mm的OLED面板，适用于各类柔性可弯曲设备。

Royale的超薄（0.01mm）卷轴式OLED微型显示屏原型机。（图片：来源）

• 利用AI技术改进OLED材料 – OLED显示屏普遍面临的一个问题是这种显示屏比LCD和其他显示屏技术使用寿命更短，尤其是在使用条件更加恶劣的环境中，例如室外数字看板和车载显示器。主要原因是使用了蓝色有机材料。但是，马塞诸塞州剑桥市的Kebotix 公司宣布他们计划在2022年开始试验一种新型蓝光发射器。Kebotix公司利用AI和机器学习技术每周分析2000万个分子，希望找到一种材料，提高合格率、降低制造成本并改善蓝光发射器使用寿命。该公司目前已经找到数十种候选材料，计划同各类设备制造商合作进行试验。

检测和校正OLED显示屏提高合格率

由于OLED产品目前已经从实验室研究转向生产阶段，技术的商业可行性取决于是否能够维持产品性能和质量同时控制制造成本。为了最大程度减少浪费以及保证较高的生产合格率，OLED显示屏制造商需要依靠视觉检测系统来检测和纠正缺陷。

高性能成像色度计（例如瑞淀的ProMetric^® I系列）可以准确测量发射显示屏中每个像素和子像素的亮度，帮助制造商评估整体显示一致性。瑞淀同时提供了完整的显示一致性校正解决方案——称为demura（去除“不均匀”或污点）。

瑞淀的demura解决方案分别三步：

1. 使用高分辨率成像色度计测量显示器中的每个子像素，计算各像素位置的亮度值（利用不同的测试图像测量每一同色子像素的系列）。
2. 使用测试分析软件计算纠正不同显示屏子像素间亮度差异所需的校正系数。
3. 通过外部控制IC（集成电路）系统对显示信号使用校正系数，以便调整各子像素的输出。

对成品OLED或micrLED显示屏完成demura校正程序后，显示屏的视觉质量得到显著改善。Demura校正让那些未经电子补偿就无法通过质量检测的显示屏能够通过检测，进而减少了制造浪费，提高了成本效率，提高了生产合格率。

Demura校正前后OLED显示屏蓝光测试屏幕测量图像（使用瑞淀TrueTest™ 软件的伪色阶说明亮度水平）。

进一步了解OLED显示屏的自动化视觉质量检测和校正，请阅读白皮书“如何使用成像色度计校正OLED、MicroLED和其他发射显示屏进而提高生产效率和合格率”或者观看网络研讨会OLED像素测量和校正。"

 

 

新产品前瞻

下一款突破性OLED产品可能会是三星最近公布的OLED量子点电视，该款产品最快将于2022年发布。“QLED”电视已经推出了多年，但也只是在传统LCD显示屏上加了量子点（QD）层。

三星的新款“QD显示屏”电视可能会成为第一款将OLED和量子点技术相结合的商用产品。依据先前的报道，三星不会使用直视型QD技术，而是会将QD/OLED技术结合起来。⁴QD制造商Nanosys 称其可以使用蓝色OLED发光层和QD过滤层将某些像素转变为红色和蓝色。但是我们仍需要等待三星进行确认详情。敬请期待…

 

引用文献

1. Bellis, M., “OLED Technology Guidelines and History,” Thought Co., August 14, 2019.
2. OLED Market with COVID-19 Impact Analysis by Product (Smartphone, Television Sets, Smart Wearables, Large Format Displays), Panel Type, Panel Size, Technology, Vertical, and Geography – Global Forecast to 2026. Markets and Markets, March 2021.
3. Werner, K., “Color OLED Microdisplay Exceeds 10,000 Nits,” Display Daily, November 15, 2021.
4. Morrison, G., “Samsung’s QD-OLED TV might be here very soon. Here’s everything we know,” CNET, November 9, 2021.