多到想不到 走近流派纷呈的OLED.pdf

932023年7月显示技术犹如历史的车轮滚滚向前，从CRT（阴极射线管）到LED（发光二极管）再到OLED（有机发光二极管），每一种显示技术总会带给我们更好的视觉体验。OLED被称为未来显示技术的主流，如今应用在越来越多的产品上，电视机、显示器、VR设备、智能穿戴设备可以看到，OLED的应用已经覆盖了我们生活中的方方面面。可能在很多读者的印象中，OLED只有一种类型，电视机、显示器等显示设备采用的都是相同的OLED面板。其实不然，如今的OLED百花齐放，拥有多个不同的流派，比如AMOLED、PMOLED、Mini OLED、WOLED、QD OLED、Micro OLED。大家是不是听到这些名字已经开始头晕了？接下来，我们将带你一起了解这些不同类别的OLED。多到想不到文/图 黄兵走近流派纷呈的OLED什么是OLED？有哪些不同类别？OLED，是Organic Light-Emitting Diode有机发光二极管的简称。对于OLED的研究其实出于一次偶然：出生于中国香港的邓青云博士，于1975年加入柯达公司Rochester实验室从事研究工作。在1979年的一天晚上，他看到实验室中有一块用于实验的有机蓄电池在发光，从此开始了OLED的研究之路。也正是后来邓青云发现并深入研究OLED，让柯达公司在1987年打造出了一款轻薄、低驱动电压、可自主发光的高效率的光发射器，这不仅让OLED开始得到了广泛的关注，同时也为OLED的商用奠定了基础。OLED的原理是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后，通过电场的作用从而发光。与液晶显示器相比，OLED具有主动发光、轻薄、柔性可弯曲、无蓝光危害、高显色指数、低热辐射、出色的低温显示性能、响应时间快、对比度高、可视角度广等特性，从而也被认为是替代LCD的下一代主流显示技术。近几年，在越来越多的应用场景下，比如智能手机、VR/AR/XR、智能穿戴设备，甚至是作为散热器水冷头、空气炸锅显示屏的多样化需求下，OLED得到了迅猛发展，亮度、尺寸、使用寿命都得到了很大的改善。熟悉IPS面板的读者可能知道，曾经的IPS面板也有很多细分品类，比如E-IPS、H-IPS、S-IPS、AH-IPS、Fast-IPS、Nano-IPS等，每一种IPS面板都有自己的特点。OLED与IPS面板有些相似，细分出了AMOLED、PMOLED、POLED、Micro OLED、WOLED、QD OLED。PMOLEDOLED面板的驱动形式主要有两种，一种是PMOLED（Passive Matrix OLED），也就是俗称的被动式矩阵驱动OLED，或称之为无源矩阵OLED；另外一种是AMOLED（Active Matrix OLED），即主动式矩阵驱动OLED或有源矩阵OLED。PMOLED采用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，通过阴极和阳极形成矩阵状，二者相互交叉，在交叉点形成发光二极管，从而像素点逐行点亮，再形成一帧图像。它的单个像素点没有单独的驱动，通过脉冲信号进行统一驱动开关，因为每行像素点显示时间很短，要达到正常图像亮度，那么每行像素点的亮度都要足够高，这就需要提高电压和电流，不过这也就导致了功耗的增加，名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸PMOLED 单一 低 较短 清越光电、信利光电、铼宝科技、智晶 智能手环、智能家居显示屏 小尺寸942023年7月科技极客GEEK OLED对比LCD在结构上更简单，可以做到更加轻薄，不过OLED的制造工艺要求更高，生产成本也更高。PMOLED结构示意 AMOLED结构示意 OLED是像素独立发光，没有LCD面板的滤光片，在显示纯黑画面下OLED会关闭像素点，让黑色更纯粹，而LCD无法达到这种深邃的纯黑效果。PMOLED通常会应用在色彩要求不高的设备上，比如智能手环。以三星Galaxy S23系列为代表的手机正是采用的AMOLED（Dynamic AMOLED 2X）显示屏让显示效率降低。PMOLED的特点是控制方式简单、制造成本低。不足之处是使用寿命短、不适合应用在大尺寸和高分辨率以及需要动态显示的屏幕上。由于通过扫描方式点亮像素点，所以PMOLED的响应速度较慢，加上不能单独控制像素点，所以它显示的色彩也非常单一，自然也就不能得到广泛应用。也正是PMOLED制造成本低、应多，主要有清越光电、信利光电、铼宝科技、智晶等。其中，清越光电算得上是国内PMOLED的龙头企业，拥有比较完整的产业链，是全球最大的PMOLED面板出货商之一。AMOLED相比之下，AMOLED则是通过独立的驱动电路来驱动有机二极管发光，通过在TFT薄膜晶体管阵列上布置电容，从而存储并控制向像素点发出的电信号，这样就能单独控制每个像素点的开关、亮度大小等。AMOLED可以使用低温多晶硅驱动，也可以使用氧化物TFT驱动，驱动形式比较多样。AMOLED没有像PMOLED那样的条状的阳极和阴极，它采用的是整片的阳极阴极。同时，在阴极和屏幕之间，多了一层TFT薄膜晶体管矩阵，也正是这一层TFT薄膜晶体管决定了哪个像素亮或是不亮。另外，TFT薄膜晶体管比PMOLED 的控制线路的驱动电压更低，同时耗能也更低，有助于提升有机发光二极管的使用寿命，并且具有更快的色变响应速度，让其具有更快的响应时间。由于AMOLED的结构比PMOLED更加复杂，所以AMOLED的成本较高，不过驱动电压更低、发光二极管的使用寿命更长、可显示丰富的色彩、色彩转换速度快等。正是这些特点，让AMOLED得到了用的尺寸小、分辨率的特性，让它更适合用于显示文本、图标，诸如穿戴设备（比如手环）和家电设备（比如空气炸锅）的显示屏，这些应用场景对屏幕显示的色彩要求不高，可提升用户体验的同时还能节省成本。由于PMOLED的应用范围相对较窄，所以吸引布局的厂商不名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸AMOLED 非常丰富 非常高 长 三星、京东方、维信诺、天马、和辉、华星、信利 手机、VR 小尺寸952023年7月 POLED由于采用了塑性材质作为基板，所以它能够做到比普通OLED更薄的厚度。更广的应用范围，比如我们现在使用的很多大屏手机就有部分采用的AMOLED，它能提供更好色彩和高刷新率。尽管AMOLED也能用于大尺寸的电视机和显示器上，但是由于成本较高，所以现阶段的AMOLED更多的是用于手机上。AMOLED虽然早期主要是三星作为技术主导，但它并不是三星所独占的，随着像折叠屏手机的发展，越来越多的厂商开始布局AMOLED。目前除了三星外，还有我国的面板巨头京东方、维信诺、天马微电子、和辉光电、华星光电以及信利国际等面板厂商。京东方在2022 年柔性AMOLED出货量近8000万片，同比增长超三成，今年第一季度，京东方柔性AMOLED出货量接近3000万片，2023年全年京东方的柔性AMOLED出货量目标超过1.2亿片。A M O L ED 还 有许 多分支，比 如Super AMOLED、Super AMOLED Plus、Super AMOLED Advanced、Dynamic AMOLED等。这些分支其实是三星在AMOLED基础上进行调整和不断换代而来，同时加上LTPO技术（低功耗高刷新率）的应用，让三星也开始不断调整自家的AMOLED屏幕技术。比如三星Galaxy S23系列采用了Dynamic AMOLED 2X屏幕，也就是第二代动态 AMOLED，通过采用新材料和提高有机层中电子移动速度来提升亮度并降低屏幕功耗。POLED众所周知，韩系的三星和LG是较早布局OLED产业的两大面板商。三星有AMOLED，LG自然也不甘落后，于是便打造出了POLED。相比众面板商齐发力的AMOLED，POLED显得有些势单力薄，目前只有LG和个别国内光电厂商在推进POLED。所 谓的 PO LED 全 称为Plastic OLED，顾名思义也就是塑性的OLED，它与AMOLED类似，同样属于有机自发光屏幕，只不过把传统的玻璃基板换成了塑性材料，比如有聚乙烯（PET）、聚乙烯萘（PEN）、聚酰亚胺塑料（PI）等。不论是采用的玻璃还是塑性基板，都必须采用TFT显示技术，主要是为了降低在制造时产生的高温。POLED相比具有刚性的玻璃基板的OLED，由于采用了含有塑性的复合材质，可以让OLED在具有柔韧性的同时，还具有轻便性，可以用在一些大曲面甚至是折叠屏上面。比如今年摩托罗拉新发布的Razr 40 Ultra折叠屏手机正是采用了LG的POLED显示屏。由于POLED采用的是塑性基板，让厚度比玻璃基板的OLED减少40%左右，重量降低70%左右。另外，塑性基板没有玻璃基板的OLED那么脆弱，相比之下更耐摔。当然，POLED也有不足，塑性基板的透光性略逊色于玻璃基板，面板厂商需要在面板亮度、色域以及分辨率之间进行平衡。Micro OLEDMicro OLED最近受到业内很大的关注，原因在苹果公司发布了首款混合现实（MR）头戴式设备：Apple Vision Pro正是搭载了Micro OLED。在说Micro OLED之前，我们先聊聊Micro LED，很多人容易将二者混淆。Micro LED，百科词条上的解释是“Micro LED比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、功耗更低。”实际上Micro LED最终还是LED背光。从本质上来说，Micro LED是基于微小的LED晶体颗粒作为像素发光点。Micro LED采用的110m的LED晶体，理论上可实现0.05mm或者更小尺寸像素颗粒的显示屏。Micro LED与Mini LED在技术原理上一样，不同的是Micro LED的体积更小，点距也更小一些。前不久上市的摩托罗拉Razr 40 Ultra采用了来自LG Display的POLED显示屏名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸POLED 非常丰富 较高 长 LG 手机 小尺寸962023年7月科技极客GEEK Micro OLED的结构示意图，由于技术要求更高，它需要通过蒸镀技术将OLED直接蒸镀在单晶硅晶圆上。Micro LED与OLED一样能够实现每个像素单独定址、单独发光。并且在性能上也不输OLED，同时寿命更长、功耗更低。Micro OLED则是跟Micro LED完全不同的技术，又称为硅基OLED，属于半导体技术和OLED技术的结合体。Micro OLED的技术难度更高，它与一般LCD或OLED将显示层建立在玻璃或是其他柔性材料的基板上不同，而是直接通过蒸镀技术，将OLED蒸镀到半导体晶圆上，由于没有了基板，所以Micro OLED的面板厚度和体积比普通OLED更轻、更薄、耗电量更小，并且还具有极短的响应时间和更高的发光效率，也更容易实现更高的像素密度，同时还有高亮度、高对比度、高色域、柔性等优势，能够减少眩晕感和画面的颗粒感，完全看不到像素点的存在，让画面更加平滑，是VR/MR头显设备的首选显示技术。由于Micro OLED的技术工艺更复杂，生产成本高，目前生产的Micro OLED很难做到超大尺寸。因此Micro OLED非常适合头显等需要高精度的设备，这也是为什么会被应用在Apple Vision Pro上的原因。据悉Apple Vision Pro搭载了索尼提供的Micro OLED屏幕，Vision Pro共有两片Micro OLED，每片大小约1.42英寸，分辨率为36003200，像素密度高达3386PPI。这两片1.42英寸的Micro OLED也是Vision Pro中最贵的部件，成本约300美元，占单个产品成本的两成左右，这也就能理解Apple Vision Pro的售价为什么近两万五千元了。因为Micro OLED是蒸镀到晶圆上，普通的OLED蒸镀机无法达到这一水平，所以面板厂商想要生产Micro OLED必须更换蒸镀设备。目前，已经有三星、索尼等国外面板厂商以及京东方、华星光电、清越科技、视涯科技、熙泰科技等多家中国厂商在Micro OLED、Micro LED等新一代显示技术上进行了布局。比如三星、京东方、视涯科技都已经采购了Sunic System公司生产的Micro OLED蒸镀设备。由此我们也可以预见，未来 Apple Vision Pro采用了两片约1.42英寸的Micro OLED，分辨率为36003200，像素密度高达3386PPI，显示屏部分是该头显最贵的部件。名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸Micro OLED 非常丰富 非常高 长 索尼、三星、京东方、华星、清越、视涯、熙泰 VR/XR/MR、相机EVF电子取景器 小尺寸 Micro OLED与普通LTPS技术的OLED对比 索尼开发出了不同规格的Micro OLED，除了相机EVF、AR/VR等用途，还能广泛应用于各种工业产品和消费产品。972023年7月Micro OLED的成本或将逐步降低，同时随着产量的提升后，会应用在越来越多的设备，比如手机、智能手环/手表、车载显示屏等。现阶段的Micro OLED主要是相对比较成熟的WRGB Micro OLED方案，这种技术方案其实是WOLED演变而来，也就是白色OLED加上红色、绿色、蓝色滤光片，从而实现彩色图像显示。由于彩色滤光片会影响透光率，同时再经过多层透镜后，会导致图像屏幕亮度降低。据悉，三星、京东方等采购的Sunic System的蒸镀设备属于RGB Micro OLED技术，也就是取消彩色滤光片，将RGB像素直接蒸镀在晶圆上，没有了滤光片后，亮度、清晰度都会有所提升。WOLED我们知道，传统的OLED是红绿蓝三原色的有机发光二极管形成色彩显示。不过传统的OLED中的蓝色有机材料发光效率相对较低，容易导致“烧屏”问题，同时亮度也较低，并且成本比较高，于是WOLED（White Organic Lighting Emitting Diode）技术诞生了。WOLED技术原理跟之前的WLED技术相似，它是通过采用白色的有机发光二极管，并且每3个或4个二极管上覆盖一层RGB滤光膜，有的为了提升亮度，还会增加1个白色子像素。这样一来，WOLED就解决了传统OLED亮度低、易“烧屏”以及成本高的问题，并且还解决了OLED使用寿命偏低的问题。不过WOLED也有它的缺点，比如采用白色有机材料加滤光膜的方案容易导致白色子像素冲淡色彩，导致色彩饱和度比真正采用红绿蓝三原色的OLED要低一些，同时在色彩的准确性上也会受到一定影响。尽管色彩表现不及采用三原色的OLED，但是实际上还是要比很多普通LED更好。另外，由于白色有机材料的发光效率高，同时带来的功耗也比三原色OLED的功耗略高。网络上有一种声音称WOLED算不上真正的OLED，其实WOLED是三原色OLED的一种技术形态，它依然采用的是有机发光二极管材料作为像素，只是在色彩方面略逊于三原色OLED，但在很多方面其是更好。现在很多的电视机、显示器都采用了WOLED的面板，并且价格普遍在万元以内。比如我们之前评测过的飞利浦Evnia 42M2N8900正是采用了WOLED面板，42英寸不到8000元的价格，放在前两年不敢想象。同时在色彩表现来看，Evnia 42M2N8900的sRGB、Adobe RGB、DCI-P3色域覆盖面积分别达到了100%、87%、96%，整体色彩表现依然能领先普通LED显示器。LG Display是WOLED的主导面板厂商，国内包括创维、康佳、小米等在内的部分电视厂商，都推出过采用来自LG Display的WOLED产品。据悉，全球范围内有超过99%以上的WOLED电视面板都是来自LG Display。三星与LG Display可以说是“相爱相杀”，一方面在相互竞争，另一方面又在展开合作。比如有报道称LG Display将从2023年6月开始向三星供应WOLED电视面板，用于其高端WOLED电视的生产。三星有自己的QD OLED，为何还要采购竞争对手的面板？有分析认为可能有两点原因：1、WOLED更加成熟，而且成本更低，适合降低终端产品售价，帮助自己在中低端市场打开销量，满足更多客户群体的需求；2、三星QD OLED面板产能不足，无法名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸 WOLED 比较丰富 高 很长 LG、京东方 电视机、显示器 超大尺寸 WOLED结构示意 飞利浦Evnia 42M2N8900采用了WOLED面板，42英寸不到8000元的价格。982023年7月科技极客GEEK满足自身甚至是更多的供应需求。当然，不论是什么原因，说明WOLED已经得到了市场和竞争对手的认可。目前，除了LG Display在主要生产WOLED外，还有部分国内面板厂商也在跟进，比如京东方在合肥工厂建设了蒸镀WOLED试验产线，并顺利研发出95英寸的8K WOLED面板。当然，想量产并大面积供货，还需要一定时间。QD OLEDQD OLED则是来自三星主导的另外一种OLED技术，相比色彩不占优势的WOLED，QD OLED则加入了量子点（QuantumDot）技术，让OLED的色彩表现更好。通过使用量子点材料替代WOLED的滤光膜，同时使用蓝色有机材料二极管与量子材料发出红色与绿色，没有了滤光膜对光线的过滤之后，再加上量子点的高显色性，在拥有高色彩饱和度的同时，亮度也依旧出色。其实不只是QD OLED通过加入量子点材料来提升色彩表现，像现在很多Mini LED显示器也在背光中加入一层量子点膜，来提升色彩的饱和度。虽然QD OLED的亮度高、色彩饱和度高，不过它也并不是完美的。比如它的像素排列呈品字形，并不是红绿蓝以此排列，这就会导致在显示的图片和文字的边缘部分，容易出现彩边现象。QD OLED跟WOLED相似，其内部结构相对比较简单，通过蓝色有机材料激发量子点形成红色和绿色，不过这也会存在一定的反向激发问题，导致显示画面污染，如果有光线直射屏幕会导致画面清晰度受到影响。不过三星也在优化这个问题，比如通过调整QD OLED结构，避免出现反向激发。另外，在制造成本上，由于采用了量子点材料，所以成本上会比WOLED的滤光膜略高，从而会导致终端售价也比采用WOLED面板的产品更高。通常QD OLED会被终端厂商应用在自家的高端产品上。比如索尼的65英寸电视机XR-65A95K正是采用了QD OLED，售价超过两万元。只有在显示器上的价格略低一些，比如三星自家的奥德赛系列Neo G8（S34BG852SC）34英寸电竞显示器，售价在6000元左右。还有同尺寸的电竞显示器飞利浦34M2C8600，售价也近7000元。目前，三星是生产QD OLED的主要厂商，虽然网上有传言TCL华星光电也在研发基于量子点技术的HOLED面板，但是目前并没有相关详细信息。写在最后可以看到，OLED细分出了多个不同的技术类别，这些不同的类别主要以中国、韩国、日本的面板企业为主。同时，部分类别的OLED虽然来自同一家面板厂商，但是应用领域不同，也会有所细分。通过技术不断迭代升级，OLED“烧屏”的先天不足正在被逐步改善。同时OLED的赛道吸引了众多面板厂商的角逐，虽然韩系厂商在OLED上布局较早，技术更成熟，但以京东方、华星光电为代表的国内面板厂商也在OLED上不断创新、突破技术封锁，并已在OLED市场中占据了一席之地。在去年中小型尺寸的AMOLED市场中，京东方首次超越LG Display，以12%的市场份额位列第二名。相信未来国内面板厂商还会不断超越，成为市场主导，让我们一起期待吧！QD OLED对比LCD结构示意，通过蓝色有机发光二极管与量子点材料激发形成红色和绿色成像。索尼的65英寸电视机XR-65A95K采用了QD OLED，售价超过两万元。名称 色彩 制造成本 使用寿命 面板厂商 应用领域 应用尺寸QD OLED 非常丰富 较高 长 三星 电视机、显示器 超大尺寸