OLED 技术赋予显示器新的灵活性

几代人以来，电视就是一种家具——即使关闭了电源，也几乎无法忽略的笨重的电器。但是在今年（2020年）一月份的美国国际消费类电子产品展览会上，LG显示集团展示了一项令人震惊的“抹消举动”——让一台6英寸的显示器消失了！电视在不使用时会紧紧卷起，从而意味着在视觉上基本上消失了。

可折叠的透明“折纸”原型OLED显示器。（图源：UniversalDisplayCorp.）

这种柔性屏幕背后的核心技术——有机发光二极管（OLED）。目前，世界上大多数领先的显示器制造商都在对OLED进行开发和探索，并将其用于塑料屏幕的制造，由此一来屏幕可以轻松地被雕刻、弯曲和卷起。“在过去的五年中，像传统技术一样，基于玻璃的平板显示器的概念似乎已经过时了，”UniversalDisplayCorp（UDC）业务发展副总裁MichaelHack表示。UDC在过去的25年中，致力于推动OLED的商业化，并发挥了重要作用。

OLED显示器可以在许多方面与行业标准的液晶显示器（LCD）技术相匹敌，甚至超越液晶显示器的性能，然而OLED的成本仍然要高得多。目前，LG的可卷曲电视的价格可能高达60,000美元。但是通过新的制造工艺，包括基于印刷的策略，可以使OLED更便宜并且更容易获得，从而为可压缩或定制形状的显示器打开了更广泛的应用领域。

有机替代品

OLED显示器是由夹在阳极和阴极之间的有机半导体材料层组成的。电子在电极之间通过半导体的移动会导致光子的释放，这种有机材料的成分会影响发射光的波长和光子输出的效率。第一代OLED基于荧光，它们通常提供的量子产率很低，仅约为25%。相反，大多数当代显示器使用磷光OLED，这是由南加州大学的MarkThompson和普林斯顿大学的StephenForrest在UDC的支持下于1990年代后期开发的一种更有效的技术。“我们可以将几乎100%的电能转换成有用的光，”UDC的Hack表示。

OLED协会行业集团首席执行官兼总裁BarryYoung表示，现代OLED可以提供与LCD相当的分辨率，而目前LCD仍将在整个显示市场中占据主导地位。Young认为：“OLED能提供的，同时也是LCD无法提供的是——更好的对比度。OLED的响应时间也要快得多，因此您不会像LCD那样得到‘重影'。”OLED可能会在数微秒内发生颜色或照明状态的变化，而LCD则需要数毫秒，OLED的迅速处理可以为诸如体育赛事或视频游戏之类的快节奏动作带来更流畅的观看体验。

但是OLED电视也比LCD电视更昂贵，并且仅占据了相对较小的市场份额。据Hack的说法，去年售出的电视中约有1%至1.5%是OLED。但是，这项技术在移动领域蓬勃发展，在高端智能手机型号中使用OLED，包括最近几代的AppleiPhone，三星的Galaxy和Note设备。“在2019年，全球14亿个移动设备中，约有4.85亿是OLED，几乎占到市场的三分之一，”Hack谈到。事实证明，这样的显示器与移动设备特别匹配，因为它们更薄、更轻，并且可以很容易地成形为包括弯曲边缘，从而使电话的有效显示区域最大化。

思维灵活

这种显示格式也非常适合于生产真正的柔性显示器。LCD通常更厚、更刚性，但它们可以以弯曲格式生产。三星和LG在2013年都推出了曲面液晶电视，但是这些电视未能实现商业起飞。因为LCD不太适合用户可以主动折叠的设备。相反，OLED可以很容易地在柔性塑料基板上而不是玻璃上加工。Young说：“OLED可以把厚度从大约0.5毫米降低到小于0.1毫米。”制造商还开发了超薄、耐刮擦的玻璃，可提供坚固的保护而不会增加过多的体积。Hack指出，OLED半导体材料本身通常具有柔韧性，而开发合适的基板和涂层一直是这方面发展的最大障碍。

标准 OLED 显示器中多层结构的细目分类。由 Universal Display Corp. 提供

但是制造商现在可以实现非凡的灵活性。“该行业的曲率半径减小到大约2至3毫米，我认为我们能够承受10万次弯曲的能力将很快达到1毫米，”Hack说。无论是概念产品还是商业产品，已经有很多关于这种OLED屏幕可以实现的灵活性的演示。三星在2019年基于OLED的柔性OLED智能手机首次商业发布时遇到了不小的麻烦。部分原因是抢先体验的用户不知不觉地从屏幕上剥离了重要的保护层，还因为设备设计问题而更加脆弱。但是事实证明，该公司随后的发布取得了更大的成功，市场对今年早些时候发布的翻盖式GalaxyZFlip设备有很高的需求。计算机制造商也在探索本质上是可折叠平板电脑的笔记本电脑。例如，联想就计划在今年晚些时候发布其ThinkPadX1Fold设备。

但是，这些设备在价格进一步下降之前将仍然不受许多用户的欢迎。例如，三星ZFlip目前仍是市场上最昂贵的智能手机之一，售价为1,400美元。Young表示：“OLED的沉积和封装工艺可能是LCD的资本成本的两倍，而且显然这是一个复杂的工艺。”尽管他指出制造OLED的材料成本可能会略低。

OLED显示的制造通常通过将蒸发的OLED材料沉积到真空室内的目标基板上来执行。对于较小的显示器，制造商通常依靠金属掩膜在每个像素处实现红色，绿色和蓝色OLED的顺序图案化。然而，这是相对低效的，会导致在每一轮沉积期间损失三分之二的OLED材料。对于诸如电视的大型显示器，这种方法也是不切实际的。在此，整个基板将完全覆盖红色，绿色和蓝色OLED层，从而产生整体白色OLED输出。然后使用滤镜在每个像素处将白色转换为合适的颜色，此过程可能会导致亮度损失。

目标印刷策略可以提供一种经济有效的解决方案，以较少浪费的方式实现目标OLED图案。2013年，松下率先展示了喷墨打印55英寸的概念证明：4K分辨率OLED电视。在随后的几年中，松下与索尼和JapanDisplay联手成立了一家名为JOLED的企业，旨在加速印刷显示器的商业开发。JOLED不使用标准制造中的粉状OLED材料，而是使用住友化学开发的液态OLED制剂，然后将其与松下开发的打印机技术一起使用。

OLED电视比LCD电视更昂贵，并且仅占据了相对较小的市场份额。

自2016年以来，JOLED一直在一家中试工厂生产用于医疗设备的小批量印刷显示器，但最近在2019年11月推出了世界上第一条喷墨印刷OLED大规模生产线的情况下，其规模得到了扩大。公司发言人MakumiSakuma表示，今年内将实现批量生产。“以最大的产能生产的话，我们每月可以生产20,000个玻璃基板。”这些将依次用于生产尺寸从21到32英寸的监视器。

适合的印刷方式

Sakuma随后指出，此过程仍然相对昂贵，但从长远来看，它有可能让OLED更便宜。她说：“一些研究表明，整个过程的成本将降低约20%至30%，”Sakuma进一步解释：“这是因为我们不使用巨大的真空室，而且制造过程比蒸发要简单得多。”其他公司也在探索这种方法的潜力。据报道，2019年4月，LG斥资1.75亿美元从杜邦收购了可印刷可溶性OLED技术的投资组合。在蓬勃发展的中国显示市场上，超越了日本和韩国竞争对手，京东方科技和TCLCorp.等公司最近展示了喷墨印刷电视的演示模型。

在某些方面，喷墨印刷仍无法实现基于蒸发的生产。例如，此方法通常以每英寸像素为单位实现较低的分辨率。Sakuma说：“我们可以产生200PPI，而用于智能手机显示器的RGB蒸发则会产生400至450PPI。”

根据Young的说法，出现这种限制是因为OLED液滴必须充分隔开，从而方便溶剂的蒸发，同时还需要留下适当距离的OLED点。因此，更高的分辨率将需要比目前能产生的液滴更小的可溶性OLED。作为替代方案，UDC正在探索另一种印刷方法——有机蒸汽喷射印刷。UDC的Hack表示：“我们从气相印刷，而且可以使用没有遮罩的、与当今基于常规蒸发的系统完全相同的材料。”该公司仍在通过一条试验性生产线改进加工方法，该生产线可以生产小尺寸的15×15cm印刷基板。

虽然灵活的卷式电视可能会吸引CES电子展的参加者和观众，但Young认为，OLED在短期内很难在电视市场取得重大进展。“显示器行业已经完全饱和。我们的生产能力超过了需求，”Young表示。但是，随时可以使用价格适中、合适的高清屏幕，诸如此类的想法，也可以刺激创造性的新想法和应用。这些想法可能包括：用于增强现实的轻巧舒适的显示器、可折叠成口袋大小比例的平板电脑大小的屏幕，或替代商用飞机内部窗户的环境显示器。“我认为这真的很令人兴奋，”Hack表示，“在接下来的几年中，我认为我们将看到我们五年前都没有想到过的创新产品。”

作者：MICHAELEISENSTEIN，科技撰稿人