在机身外形设计上,OLED的显示屏幕可以做得非常纤细,因为OLED器件的核心层厚度很薄,厚度甚至可以小于1毫米,这样的厚度仅为目前液晶显示器的1/3。所以它的厚度要比LCD屏更薄,更纤细。同时,由于OLED还可以在不同材质的基板上制造,令它在外形设计上可以做出各种各样的弯曲形状的柔软显示设备,来配合各种需要。此外,在OLED器件的单个像素中,其尺寸可以相当小,并且还预留了很大的空间减幅潜力,令它特别适合应用在今后高速发展的微显示设备中。
我们都知道,液晶材料在比较低温的环境中,它的显示效果让人痛心,不过OLED就没有这个缺点,OLED的低温特性尤其好,就算在-40℃的条件下也能正常显示。除了可以应付严寒的环境外,OLED的抗冲击能力也较强,由于OLED器件均为全固态机构,且采用无真空、液体物质,所以抗震性能良好,可以适应巨大的加速度、振动等恶劣环境,从而使OLED的应用范围可以更加广泛。OLED可以自身发光,而LCD则不会发光,这使得OLED比目前的LCD屏幕要光亮很多,并且对比度更大,色彩效果表现也较好。同时,OLED的发光转化效率也较高,由于现时的LCD需要背景灯光来点亮,而OLED只是需要在添加点亮的单元的时候才加上电源,所以OLED所需要的电压比较低,比号称省电的LCD屏幕更加低功耗,更为节电。
OLED的失真现象较小,不像现在的LCD屏幕,会有严重的水平和垂直的视角失真,由于OLED所具有的主动发光的特性,属于发射型的设计,令它基本没有视角范围的限制,视角一般都可以达到1600以上,这样在很大的角度内观看,甚至从侧面观看也不会感觉失真。目前液晶屏幕主要的缺点还表现在它的响应时间较长,对于一些游戏显示等快速画面的显示会出现“拖影”的现象,而OLED就彻底解决了这个问题,这主要归功于OLED器件的单个像素的响应速度得到显著提升,其速度是目前液晶材料元件的1000倍以上,完全可以实现高质素的视频回放和3D游戏显示,可跟现在的CRT的响应速度相媲美。
在重量方面,OLED的设计重量还要比LCD轻得多,因为在制造工艺上,OLED所需材料很少,它只有一个底层,制造工艺也相对简单,只需要86道工序,而LCD却要上200道,它对材料和工艺的要求都比LCD减少约1/3,成本将会更加低。据估计OLED量产时的成本要比LCD至少节省20%,这也是将来在显示屏生产中,现有的LCD技术会被OLED技术所取代,在生产成本和产品性能上的优势奠定了优厚的基础。
在现阶段,OLED面临的最大的缺点就是寿命比LCD要短,由于OLED只能达到约5000个工作小时,比起现在的LCD可以高达10000个工作小时要明显逊色。在技术层面上能够彻底解决这个难题目前仍较困难,而要缩短两者的工作时间的差距,至少还需要4到5年的时间,这就迫使目前的OLED产品仍只能适合在一些不经常使用的设备上,譬如车载的DVD播放器、掌上电脑PDA、数码相机、数码摄像机、便携式影碟机等等的数码产品,对于要真正广泛应用在桌面型的计算机中,还需尚待时日,所以OLED目前还不太适合作为计算机的显示输出设备。此外,由于要适应计算机或者是电视机的显示要求,OLED必须采用主动矩阵技术,这就使OLED不可避免地要面临和主动矩阵液晶同样的合格率偏低问题。
OLED技术如何诞生?
那么OLED技术到底是什么时候出现的呢?其实早在1987年,就已经有人开始对OLED进行研究。这是受聘了Kodak公司的汪根样博士无意间发现的有机蓄电池所产生的发光现象,并从此开始了关于OLED的研究,为OLED技术迈出了第一步。作为出生在香港的汪根样博士不愧是我们中国人的骄傲。后来汪根样继续研究发现:在小分子有机材料中,它们与金属半导体类似,可以在电场的作用下产生发光现象,而且这些小分子的有机材料的电光转换效率非常高。在电路控制下,OLED能快速地点亮和熄灭,每秒可操作60次,亮度很高,工作电压却非常之低。
与此同时,在英国剑桥大学攻读博士的Jeremy Burroughes也在一年之后证明,大分子的聚合物也有场致发光效应。之后,Jeremy便与他的导师一起创建了剑桥显示技术公司,同样走上了研究OLED的道路,开辟了与Kodak公司截然不同的OLED研发路子。
特殊的结构造就出OLED优异的性能
OLED所具备的优异性能跟它的特殊结构的关系是密不可分的,在OLED显示屏中,每个OLED单元犹如一块多层的夹心饼干,其中的发光材料就是夹在每个单元的中间,好比是饼干中的馅料,每个单元都能受控地产生3种不同颜色的光,它的结构如图2所示。
在类型上,OLED与LCD一样,分为主动式和被动式两大类。被动方式下由行列地址选中的单元被点亮。主动方式下,OLED单元后有一个薄膜晶体管(TFT),发光单元在TFT驱动下点亮。主动式的OLED比较省电,但在显示性能上,被动式的OLED的显示效果会更佳。而OLED的关键元件包括了ITO导电玻璃、小分子有机材料、封装相关材料、高纯度金属材料、低温多晶矽TFT技术及驱动IC等等;而TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色滤光片及液晶材料等。从材料的需要方面来说,TFT-LCD总的面板厚度约1cm左右,不过OLED的材料则仅包括1片约1.3mm的玻璃基板以及小于0.3mm的高纯度金属材料和ITO导电玻璃等,总厚度小于2mm,两者相比,OLED的面板厚度只是TFT LCD的10%~20%,因此OLED不但比TFT LCD减少许多材料,也因此可以进一步降低生产成本,此外由于OLED与TFT-LCD的发光源不同,所以也减低了平板显示屏在视角上的缺陷。
OLED技术应用前景广泛
OLED技术除了用于我们日常熟悉的桌面计算机系统中之外,它的另一个应用就是用在微型显示器上,这里所说的微显示器(Microdisplay)一般是指3.3cm以下的显示器,它目前主要分为LCD和OLED两大类。
微型显示这种小东西是针对在无线环境中,移动设备小得能装在衣服口袋里的设计,同时,如果使用这种小巧的OLED屏幕来欣赏大屏幕的DVD影片时,也无须担心它的显示面积过于狭小,只要给这类微显示器配上一副虚拟的光学系统就可以迎刃而解了。该光学系统可以有单眼用和双眼用两种类型,单眼系统使用者在看显示器的同时也能关注其他事物,但双眼系统视觉效果更好。微型显示的技术最早是应用在战斗机的飞行员当中,现在的发展趋势是主要用在穿戴式电脑上。通过这种微型显示,移动设备就不再受到显示器体积庞大,耗电大的制约。加上OLED比LCD具有更加优胜的特性,令OLED的应用更加广泛,前景更好。OLED所使用的玻璃基板厚度略大于1mm,加上驱动IC以及玻璃保护层,厚度也仅2mm左右,比一般LCD的厚度减少许多,而且OLED的驱动电压非常低,反应时间也几乎为即时,完全可以应付动态图像的显示要求。
OLED目前虽只能开发单彩小规格的显示器,主要应用在车用型显示器,移动电话、游戏机、PDA、Handled-PC,但未来在高解析度的全彩化小尺寸显示器开发成功后,则更可应用在DV摄影机、数码相机以及SMART-PHONE等各类的便携式产品上。
OLED的市场发展情状
OLED显示器已经被公认为是下一代可以取代STN LCD的产品,尤其在日本Pioneer公司推出他们的车用型单色及多彩显示器产品之后,进一步证明了OLED产品的巨大潜力,因此使得OLED显示器是继薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)之后在平面显示器上另一个崭露头角的显示设备新力军,并且迅速成为近两年来各大制造商最热门的投资目标之一,根据美国Standard Resouree资料显示,2001年全球OLED销售金额仅300万美元,但到2002年达2.1亿美元,增长近70倍。OLED不需背光源、省电、亮度更高、成本更低的特点,也令OLED所具有的有机发光技术吸引了更多的厂商注意。
如日本现已有10多家日本厂商在加紧对OLED的研发工作,当中要算PIONEER公司的成绩最佳。我国台湾是目前投入OLED厂商最多的地方。由于OLED产业的基础同样也是处理小分子结构材料,所以对于CD-R业者切入非常有利;而生产LED显示设备的厂商也是基于OLED与LED具有很多相似的驱动方式,所以吸引他们投入时间和精力来研发。
OLED广阔的市场空间无疑是引发各大显示器厂商争相竞逐,加入激烈竞争的战团。现在的液晶面板基本上是形成了日、韩、台三方对垒的格局。不过以全新OLED技术的产品而言,市场格局将有可能出现变化。由于美国的KODAK公司拥有OLED的相关技术专利权,因此在竞争中掌握了主导权,而在2002年初,三洋与KODAK共同建立的显示器合资公司在OLED产品上无疑是最具有竞争力的厂家之一,而且其现在已经成为了OLED主要供应商的厂家之一。
未来厂商的目标是进军大面积OLED的市场,这样将会造成液晶电视与等离子的市场地位的下滑。预计到了2005年,OLED大屏幕显示器的成功研发潮必将引发显示产品的激烈市场竞争。不过,现阶段很多TFT-LCD厂家都开始了两手准备的市场策略,希望进一步考虑将产品分为两条战线,一条是继续生产LCD并发展到LCD-TV和液晶投影设备上,而另外一条线就是开始涉足OLED领域,当市场步入成熟后就全面发力扩大产能,而不至于被竞争对手分食整个显示市场。
结语
虽然现今LCD显示屏具有低辐射、环保健康和低能耗等诸多优点,但面对它自身的响应时间较慢、视角范围小、色彩亮度低的缺点也限制了部分专业用途的用户去使用LCD。不过,以上制约着平板显示屏的技术瓶颈也将会被下一代的OLED显示技术所打破,从OLED的低能耗、高亮度,反应时间短以及没有视角限制等优异特性来看,OLED毋庸置疑将是下一代的平板显示设备的新星,为我们的显示新视野展开崭新的一页。