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未来之书,深入浅出分析OLED显示技术

    
    今天LCD已经逐渐走近千家万户,然而,在显示产品领域历经了一场又一场的波澜壮阔的革命之后,我们未来在显示产品上又将会迎接什么样的技术革新,给我们带来什么样的惊喜呢?这就是下文即将谈到的下一代的平板显示器,OLED显示技术。

● 认识什么是OLED

    OLED即英文Organic Light Emitting Diode的缩写,中文译作有机发光二极管。自2003年开始正式有厂家把OLED技术应用在数码相机、手机等数字产品的显示屏幕上。这也能看出OLED在移动产品上正在赶超LCD的产品。
 
 今天应用在手机上的OLED屏幕
 
● 超轻超薄的OLED

    OLED是当前平板显示器业界的新宠儿,很多公司都正在对此进行研发,并努力将该技术推向市场。这与它所具有的优势是分不开的,就以OLED跟现在的LCD屏幕比较起来,我们可以发现OLED确实存在诸多的优点:

 由于OLED的厚度很薄,所以它的物理特性非常柔软

    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。
 
    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。
 
● 温度,在低温下照常使用
 
     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。
 
● 发光,自主发光带来更高亮度
 
    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。
 
未来之书,深入浅出分析OLED显示技术

 柯达的OLED显示屏

● 视角,无可视角度问题

    OLED不存在视角问题,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,视角一般都可以达到180°的极限。
 
● 响应,是LCD的1000倍
 
   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。

● 成本,比LCD至少节省20%

    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。

● 缺憾,“短命”的OLED

    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50000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移动的数码设备上,譬如手机、MP3……。

 今天在不少数码产品上,我们可以看到咱这种单色的
可显示16级灰阶的OLED屏幕

    对于要真正广泛应用在桌面上的显示输出设备,还需尚待时日,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。
 
 
 被誉为OLED之父的汪根样博士

    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,它的结构如图所示。
 
 
 

    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。

    微型显示是针对一些小的移动设备,小得能装在衣服口袋里,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。
 

    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。
 
崭露头角,走近新一代OLED显示技术
 
 基于OLED屏幕的手机

    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。
 
   04年9月,索尼公司将开始大规模量产OLED显示设备,这种显示设备将首先用于索尼“PEG-VZ90”个人娱乐手持设备(也于今日向日本市场发布)。

 “PEG-VZ90”手持设备所采用的OLED屏幕

    这种新型3.8英寸(或9.7厘米)显示屏只有2.14毫米厚,它能够使用户在 VZ90这样的移动产品上享受到各种高质量影像,比如电视节目和数字图象,而不会使用户的视觉感受打折扣。

索尼OLED设备技术指标:

 

索尼 OLED显示设备

参考:同等级的LCD设备

尺寸

9.7 厘米 (3.8英寸)

(相同)

分辨率

480xRGBx320 (HVGA)

(相同)

点距

56微米×168微米

(相同)

亮度

150cd /m2

55 cd /m2

对比度

1000 : 1

100 : 1

色彩

262, 144

(相同)

响应时间

0.01毫秒

16毫秒

观测角度

垂直: 180

水平:约180

垂直:约130

水平:约125

     OLED由于先天不足而无法满足大屏幕输出的需求。不过这种情况即将被改变,三星在今年1月已经研制出了全球最大的电视机用OLED显示面板。

    三星给出了这款产品的技术指标:

    ·尺寸:21英寸
    ·分辨率:1920×1200
    ·亮度:1000nits
    ·对比度:5000:1

    据三星电子称,该款OLED显示面板的尺寸为21英寸(53.34厘米),在亮度、薄度和节能方面均优于当前的LCD显示面板。

  三星公司还表示,该款OLED显示面板不但可用于高清晰电视机的屏幕,还可以作为计算机显示器使用。而且,这种显示面板还可以在当前的LCD生产线上实现量产。

  三星LCD研发中心副总裁Jun-Hyung Souk表示:“这款OLED显示面板的问世表明三星公司已经走在该市场的最前沿,同时也将成为大尺寸OLED电视市场的领头羊。”

    三洋电机和柯达联合开发出了一种耗电量比原来减小一半左右、色度对视角依赖性更小的2.16英寸彩色OLED面板,它以230cd/m2的亮度显示图像时耗电量仅为200mW~300mW。

    为了降低耗电量,每个像素在RGB三个子像素的基础上追加了一个白色(W)子像素,也就是说由总计4个子像素构成一个像素。使用时则是将3种子像素结合起来进行色彩显示,这样一来在这些子像素中就一定会用到W子像素。也就是说以GBW、BRW、RGW这样的组合方式来使用。W子像素的发光效率高达12.5cd/A,分别约为R的5倍、G的2倍、B的11倍,所以与只使用RGB相比,电源利用效率就得到了提高。 

    精工爱普生展出了色彩表现性更高的最新OLED面板。一般来讲,OLED面板的色彩表现性提高以后,寿命会缩短。而此次通过对材料、元件结构,以及光线照射方法进行全面改进,从而在维持原寿命的基础上扩大了色彩表现范围。该公司没有公布色彩表现范围的具体数字,不过与原有色彩表现性的OLED面板相比,色彩更鲜艳了。 

    此次展出的色彩表现性更高的OLED面板的画面尺寸为6.5英寸,分辨率为560×480像素。亮度为100cd/m2,对比度为500:1。使用圆形偏光板。为高分子方式,OLED工艺中使用了喷墨法。寿命正在检测,约为2000至3000小时。该公司希望2007年投产,其中最大的课题是产品寿命。目前EPSON的开发目标是面板亮度保持在200cd/m2,而寿命则延长到1万个小时,这也使OLED的应用前景更加明朗。

    04年5月,精工爱普生向外界展示了其40英寸的OLED显示原型,并且宣称将在2007年此类电视将会正式上市。该显示器使用了4个20英寸低温LCD面板组成,具备1280×768像素,能够显示26万色。精工爱普生表示,目前面临的最大挑战是OLED TV的寿命和尺寸扩大问题,公司表示他们的产品将可以使用10000小时以上,这与最开始的等离子面板TV的寿命处于同一水平。

 
 
图文:国产OLED屏尺寸创新高 未来取代LCD 1 ::商都信息港::
 
   03年3月北京维信诺公司和清华大学成功开发出4.82英寸OLED显示屏,首次填补了国内超过2英寸OLED显示屏的空白,而且对我国显示行业能够参与即将开始的第三代显示产品的市场竞争具有重大意义。
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