OLED發光原理、結構及關鍵技術深度圖文解析

　  OLED蒸鍍技術

　　究竟什么是蒸鍍?這得從OLED的結構講起。典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發光材料——也就是人們通常所說OLED屏幕像素自發光材料，發光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發光層產生光輻射;從陰陽兩級分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層傳輸，并在發光層復合，激發發光層分子產生單態激子，單態激子輻射衰減發光。

　　這解釋得有些復雜了，不過大致上就是你看到的紅綠藍三個次像素會自己發光就對了。當然了，具體到整塊面板，結構也就復雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個像素開關的東西。

　　這種復雜的結構，靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結構付諸實現，就是制造工藝的問題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類的東西，都需要很高科技、我們一般人沒見過的技術去搞定，總之就是通過光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等。

　　隨后的工藝部分，在OLED面板的制造上才顯得至關重要，即蒸鍍。真空腔室內，把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉樣品托架上，然后放把火在下面燒坩堝(當然不是真的放把火)，你看到的發光材料就這么蒸上去了。是的，紅綠藍三色燈泡(當然不是真的燈泡)就這么蒸上去了。

　　說得高大上一點，蒸鍍就是真空中通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運動，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜。

　　可以說，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發光材料，金屬電極等等之類也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說得跟蒸饅頭一樣，但實際操作還是非常復雜的，比如如何控制像素區域，像素要怎么對齊，還有控制蒸上去的薄膜厚度，什么前處理、蒸鍍室的真空度等，都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外，隨后還有點膠、封裝、老化、切割、測試等等過程。

　　實際上，蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個重要原因， LG就是因為買不到太多蒸鍍機，所以才沒有搞定iPhone 8訂單的。

　　OLED驅動技術

　　除了在制程工藝、設備、原材料及器件結構設計上進行優化改進以外，最重要的措施是需要在驅動方式及驅動電路設計上進行改善。

　　PMOLED驅動技術

　　無源驅動矩陣的像素由陰極和陽極單純基板構成，陽極和陰極的交叉部分可以發光，驅動用IC需要由TCP或COG等連接方式進行外裝。顯示基板上的顯示區域僅僅是發光象素(電極，各功能層)，所有的驅動和控制功能由集成IC完成(IC 可以置于在基板外或者基板上非顯示區域)，PMOLED面板電路如圖所示。無源驅動分為靜態驅動電路和動態驅動電路。

　　靜態驅動

　　各有機電致發光像素的相同電極(比如，陰極)是連在一起引出的，各像素的另一電極(比如，陽極)是分立引出的;分立電極上施加的電壓決定對應像素是否發光。在一幅圖象的顯示周期中，像素發光與否的狀態是不變的。若要一個像素發光只要讓恒流源的電壓與陰極的電壓之差大于像素發光值的前提下，像素將在恒流源的驅動下發光，若要一個像素不發光就將它的陽極接在一個負電壓上，就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時可能出現交叉效應，為了避免這一現象，必須采用交流驅動的形式。靜態驅動電路一般用于段式顯示屏的驅動上。

　動態驅動

　　顯示屏上象素的兩個電極做成了矩陣型結構，即水平一組顯示像素的同一性質的電極是共用的，縱向一組顯示像素的相同性質的另一電極是共用的。如果象素可分為N行和M列，就可有N個行電極和M個列電極，我們分別把它們稱為行電極和列電極。 為了點亮整屏象素，將采取逐行點亮或者逐列點亮、點亮整屏象素時間小于人眼視覺暫留極限20 ms的方法，該方法對應的驅動方式就叫做動態驅動法。在實際電路驅動的過程中，要逐行點亮或者要逐列點亮像素，通常采用逐行掃描的方式，行掃描，列電極為數據電極。實現方式是：循環地給每行電極施加脈沖，同時所有列電極給出該行像素的驅動電流脈沖，從而實現一行所有像素的顯示。該行不再同一行或同一列的像素就加上反向電壓使其不顯示，以避免“交叉效應”，這種掃描是逐行順序進行的，掃描所有行所需時間叫做幀周期。

　　在一幀中每一行的選擇時間是均等的。假設一幀的掃描行數為N，掃描一幀的時間為1，那么一行所占有的選擇時間為一幀時間的1/N該值被稱為占空比系數。在同等電流下，掃描行數增多將使占空比下降，從而引起有機電致發光像素上的電流注入在一幀中的有效下降，降低了顯示質量。因此隨著顯示像素的增多，為了保證顯示質量，就需要適度地提高驅動電流或采用雙屏電極機構以提高占空比系數。

　　除了由于電極的共用形成交叉效應外，OLED顯示屏中像素發光的機理是正負電荷載流子復合形成發光，只要組成它們結構的任何一種功能膜是直接連接在一起的，那兩個發光像素之間就可能有相互串擾的現象，即一個像素發光，另一個像素也可能發出微弱的光。這種現象主要是因為有機功能薄膜厚度均勻性差，薄膜的橫向絕緣性差造成的。從驅動的角度，為了減緩這種不利的串擾，采取反向截止法也是一行之有效的方法。

　　帶灰度控制的顯示：顯示器的灰度等級是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次。灰度等級越多，圖像從黑到白的層次就越豐富，細節也就越清晰。灰度對于圖像顯示和彩色化都是一個非常重要的指標。一般用于有灰度顯示的屏多為點陣顯示屏，其驅動也多為動態驅動，實現灰度控制的幾種方法有：控制法、空間灰度調制、時間灰度調制。

　AMOLED驅動技術

　　與PMOLED不同，AMOLED是在每一個像素單元布置了2個晶體管及1個電容(即2T1C)，這是AMOLED最基本的像素驅動電路方式，考慮到亮度均勻性等性能補償，也可以設計更多的晶體管和電容。有源驅動的每個像素配備具有開關功能的薄膜晶體管，而且每個像素配備一個電荷存儲電容，外圍驅動電路和顯示陣列整個系統集成在同一玻璃基板上。有源矩陣的驅動電路藏于顯示屏內，更易于實現集成度和小型化。另外由于解決了外圍驅動電路與屏的連接問題，這在一定程度上提高了成品率和可靠性。有源驅動突出的特點是恒流驅動電路集成在顯示屏上，而且每一個發光像素對應其矩陣尋址用薄膜晶體管，驅動發光包含薄膜晶體管、電荷存儲電容等。

　　有源驅動屬于靜態驅動方式，具有存儲效應，可進行100%負載驅動，這種驅動不受掃描電極數的限制，可以對各像素獨立進行選擇性調節，無占空比問題，易于實現高亮度和高分辨率。有源驅動由于可以對低亮度的紅色和藍色像素獨立進行灰度調節驅動，這更有利于OLED彩色化實現。OLED顯示器件具有二極管特性，因此原則上為單向直流驅動。但是由于有機發光薄膜的厚度在納米量級，發光面積尺寸一般大于100微米，器件具有很明顯的電容特性，為了提高顯示器件的刷新頻率，對不發光的像素對應的電容進行快速放電。目前很多驅動電路采用正向恒流反向恒壓的驅動模式。

　　在實際產品中，各種影響AMOLED圖像質量的因素更復雜，有的是某一種因素起主導作用，有的可能是多種因素共同作用的結果，針對導致AMOLED圖像質量劣化的因素，業界研究了各種驅動補償技術及相應的補償電路，可大致分為電壓補償法、電流補償法、數字驅動補償法、外部補償法等。相對于工藝技術和設備技術改進AMOLED圖像質量劣化，采用電路改進的手段更為快捷。驅動補償技術是AMOLED驅動的關鍵和難點，也是AMOLED驅動相比TFT LCD驅動的特別之處。

　　兩款最容易搞混的屏幕OLED與QLED對比介紹與對比說明

　　QLED 與 OLED 屏幕比一比 ，名稱相似實質大不同。屏幕面板技術不斷更新，各種縮寫名詞對一般消費者不僅復雜又容易混淆，到底這些不同的名稱差別在哪里，今天就來對兩款最容易搞混的屏幕 OLED 與 QLED 做個介紹與說明，讓大家對這兩款名稱相似卻截然不同的屏幕產品有個最基本的了解，在添購家中電視時也更清楚自己要的是什么!

　　在 CES 2017 時，Samsung 首度推出了一款 QLED 電視，新技術與新名詞一出讓原本就已經夠混亂的消費者更加困惑，這個新東西到底與過去廣受國際媒體好評的 OLED 有什么不同，難道只是在 O 與 Q 兩個字母間的差異嗎?

　　QLED 是什么?

　　QLED 并不像等離子、OLED 或 MicroLED 一樣是種屏幕發光技術，一般來說，QLED 又稱為量子點顯示技術，也就是利用量子點來提升關鍵影像質量區域效能的 LED 電視，而量子點并非直接發出你眼中所看的顏色，它們散布在一塊類似 LED 電視面板中濾光片作用的膠片上，透過這層薄膜將光線細致調校到最理想的色溫、亮度與色彩，讓產生的光比 LED 更干凈，畫面呈現也得以增強。為了能夠滿足 UHD 聯盟提出的 UHD 標準，大多數顯示器、電視機必須以某種方式來利用量子點的技術。

　　OLED 是什么?

　　OLED 其實是有機發光二極管的簡稱，更簡單來說就是以有機化合物制成的發光二極管，在開啟電源時時點亮，因此也被稱為發光顯示器。單個 OLED 就是一個像素，因此在屏幕畫面上需要數以百萬計的 OLED 單點填充，但也是這樣的靈活性，當你關閉電視時面板看起來就像黑色，屏幕的厚度也可以比 QLED 更薄，形狀也更多變化性。

　　QLED 與 OLED 比較

　　接下來我們將兩種技術在幾個方面的差異一一說明。

　　黑色顯像

　　屏幕的顯色指針中有個很重要的指標就是在黑色深邃的顯像能力，屏幕呈現的黑色越深也代表對比度顯示越高，色彩層次也越豐富，畫面影像也會更生動逼真，也由于 OLED 在沒有開啟電源時并不會產生任何光，所以也沒有漏光的問題，在這部分 OLED 可以說是無庸置疑的第一把交椅。

　　QLED 雖然改進了 LED 顯示器的黑色顯像效能，但還是必須依賴于 LCD 面板后的背光，即使在調光技術的進化中獲得很大的進步，在顯像時依然會在該是純粹黑色顯像處出現漏光的狀況，特別是想月亮、星空等影像顯示時，可以在明亮物體邊緣看到輕微的光暈，而這個問題從 QLED 問世以來就一直存在，不過 Samsung 在 2018 年時在 QLED 技術上取得飛越性地突破，把黑色顯像力與偏角影像性能盡可能提高到 OLED 等級，因此兩者間的差距預期還會繼續縮小。

　　贏家：OLED

　　亮度

　　在亮度方面，QLED 占了上風，由于 LED 為基底的電視顯像技術在亮度上已經頗為先進，加上量子點的輔助使得畫面呈現更為明亮，所以 QLED 能夠使可用光譜中的所有顏色更亮的同時保有色彩飽和度，在有充足環境光的房間中使用更能發揮 QLED 的優勢，而電視制造也聲稱 QLED 更適用于 HDR 內容，可以更廣地呈現多層次色彩，像是湖光粼粼或金屬反射等更漂亮 。

　　贏家：QLED

　　反應時間

　　所謂反應時間是指每個二極管從「開」切換為「關」的所需時間，反應時間越快，動態模糊就越少，殘影也越少。 OLED 以較小的二極管為單一像素工作，相較之下 QLED 電視需要整個 LCD 背光面版照亮像素們，所以在反應時間也比 OLED 慢。

　　贏家：OLED

　　視角

　　在使用 QLED 時，最佳視角的范圍很狹窄，死角明顯，無論顏色、對比度、影像質量都會逐漸降低，你可以找一部 QLED 電視左右或上下移動腳步，雖然各機型的嚴重程度不一卻難掩其死角明顯的問題;OLED 在最大 84 度的偏角觀賞時亮度與影像不太會受到影響。Samsung 在最高階的 QLED 電視上采用新的面板設計和不同的防反射涂層，盡管縮小兩者間的差距，但還是無法超越 OLED 在視角方面的優勢。

　　贏家：OLED

　　屏幕尺寸

　　OLED 在這個項目中取得很大的進步，不過截至目前為止，最大的 OLED 顯示器只有到 88 吋的購買選擇，在 LCD 類的 QLED 顯然限制較少，目前市面上最大已經超過 100 吋，雖然對大多數人來說極大的屏幕尺寸并不是太大的優勢，但對于商用等級來說卻是一個很大的要素。

　　贏家：QLED

　　屏幕老化

　　最早對于老化的定義來自早期四四方方的 CRT 屏幕，當長時間顯示靜態影像時會導致圖像烙印在屏幕上，實際原因在于涂布在屏幕背面的熒光粉在沒有休息的情況下長時間發光，導致熒光粉以影像的模樣產生耗損。同樣的問題也會發生在 OLED 上，因為點亮的化合物會隨著時間的推移而降解，如果靜態顯像的時間夠長則會使得像素點比其他部分提早變暗，進而出現畫面變深沈的感受，不過除非你刻意濫用或故意為之，這對于一般正常使用的消費者來說不太可能發生。

　　贏家：QLED

　　售價

　　在早期，QLED 在這一項可以說是贏得輕而易舉，但在現今 OLED 電視的價格已經來到與 QLED 差不了多少，所以售價部分幾乎可以省去不看。

　　贏家：擇你所愛

　　耗電率

　　OLED 比起 QLED 來說更輕、更薄且因為無需背光來顯像，所以所耗用的電能也更少，這一項贏得輕松。

　　贏家：OLED

　　整體來說，兩者相比之下，OLED 在影像質量方面更為突出，且更輕、更薄也更省電，提供用戶更充分的觀賞視角，雖然價格上仍稍高，卻比該技術剛推出時平價許多。QLED 在亮度部分擁有其獨特優勢，加上近期業者技術上的進步，不管是黑色顯像或觀賞角度上也有所改善，在日間觀看時 QLED 將能帶來更好的觀賞效果。

　　LCD/LED/QLED/OLED和量子點OLED，究竟那個更好?

　　LCD、OLED，量子點OLED，什么才是完美的顯示?三星顯示器公司計劃在2019年下半年試生產“量子點OLED”(QD-OLED)顯示器。三星正與佳能、Kateeva合作研發新的生產設備，采用Kateeva的噴墨打印技術將量子點濾鏡加到OLED屏幕上。據報道，正在研發的是第八代生產設備，類似LG顯示器公司當前的OLED電視生產線，可大規模生產的屏幕尺寸在55至65寸之間。

　　對于消費者來說，我們聽說過LCD，LED，QLED(量子點)，OLED。如今又來了一個“量子點OLED”，不僅令人眼花繚亂。

　　這些名詞背后究竟是什么?對于顯示設備來說，究竟那個設備更好呢?我們來看一下。

　　一、我們是怎么看到圖像的

　　其實，要說顯示設備，可以追溯到70年代的CRT顯示器，再早可以追溯到電影，甚至小孔成像。這里我們不往遠說，就說近的。看看我們常用的LCD液晶顯示屏幕是怎么顯示圖像的。

　　一般來說，LCD液晶顯示屏幕包括這么幾層。

　　首先是一個背光光源，以前是日光燈管一類的東西，現在大多是LED光源了(現在所謂的LED顯示器，LED電視，嚴格來應該叫用了LED光源的LCD顯示器。)，LED就是發光二極管，你可以理解就是通電能亮的燈管，相對于傳統燈管，LED的優點是同等亮度耗電更少。隨意現在燈泡、日光燈，照明燈幾乎都是LED了。

　　日光燈管也好，LED光源也好，這個光或者是一條條的(日光燈管)，或者是一點點的(LED)，而我們看圖像需要一個面。

　　所以，LCD的光源上面是一個導光板，這個板要把光線均勻分布成一個面，制造成一個發光的墻。

　　光墻只能發單一的光，構不成圖像啊。所以在導光板上面需要有液晶層(這也是液晶顯示器名稱的來源)。

　　液晶有個特點，通電情況下它會動，它一動就把后面的光給擋住了，這樣就有明有暗，一個個點陣湊起來，就能顯示圖像或者文字了。類似運動會拼字，譬如奧運會開幕式那個和字。

　　液晶你給他加的電壓不同，翻轉的幅度不同，遮擋的光線多少也不同，這樣就有了明暗，所謂灰度，有兩種電壓，只有黑白，有四種就有黑、黑灰、白灰、白。

　　所謂多少位灰度，就是施加多少種電壓，現在一般是8位屏幕，就是施加2的8次冪種電壓，讓液晶分子偏轉有256種狀態。顯示256種黑白灰。位數越多，在黑白之間能顯示的灰色種類越多。過渡越自然。我們說電視、顯示器、手機屏幕是8位色，是就是有2的8次冪種電壓，有10位色，就是有2的10次冪種電壓。

　　但是，無論8位10色，出來的都是灰度屏幕，黑白屏有什么好看?要彩色的啊。

　　對，這就是下一層濾色片的作用。

　　我們用放大鏡看LCD液晶屏幕，能看到紅藍綠三種顏色的小點，這就是濾色片了。通常是紅藍綠三種(有些電視用的液晶屏幕有的發展到四種顏色了，有加白提升亮度的，又加黃加寬色域的。)

　　黑白灰色經過紅色濾色片，就變成了紅，黑，各種深淺不等的純紅色，8位色的屏幕這樣就得到了256種紅色。

　　綠色，藍色也是一樣。

　　把紅，綠，藍三個小色塊放在一起，亮度都一樣的話，你看到的不是三色，而是三色混合出來的白色。也就是純白色。

　　紅色亮度0，綠色，藍色最強，你看到的是黃色，各自有256種色，256種紅、藍、綠組合起來就是1677216種顏色

　　也就是1670萬色，24位色(三個2的8次冪再乘起來)，真彩色。

　　之所以1670萬色叫真彩色，是我們的眼睛對顏色的分辨能力大致就這么高，可以有10億種色甚至更多。

　　同時對每個像素點控制，我們看到每個像素點不同的色彩，組合起來就是我們看到的圖像。

　　二、LCD的限制和OLED、QLED

　　從液晶顯示的原理可以看出，液晶發的光實際是后面的燈管發出來了。這樣就有兩個問題

　　第一，液晶分子遮擋光線有個極限，不能一點不剩的都擋住，所謂的純黑色，實際還是一種灰色，因為有光線能透過來嘛。

　　你屏幕亮度開的越高，背光的LED(或者日光燈管)亮度越高，投過液晶遮擋的光線越多，黑色就越不純。

　　黑色不純，屏幕的對比度就弱，對比度受到限制，色彩也就不鮮明。

　　早期，所以很多搞設計的用老舊的特麗瓏，就是因為早期LCD的對比度不行。

　　第二是色彩區域的問題

　　人眼能分辨的色彩從科學上講屬于可見光的光譜范圍，相當的大，顯示設備只能顯示一部分，為了標準，有什么RGB，NTSC，NTSC是個老標準，早期液晶顯示器有72%左右，后來隨著濾色片技術的進步，逐步到了80%、90%。但是距離人眼看到的真實世界還差很遠。

　　有這兩個毛病，LCD和用LED(實際上是用LED背光的LCD)顯示效果就不行。

　　于是，就有了OLED。OLED的歷史可以追溯到幾十年前的柯達實驗室。這個東西的好處是主動發光，不需要燈管，通電就亮還能控制強度，還能做很小。能做很小是關鍵的關鍵。

　　因為主動發光，不用燈管，要黑色，你把它關了就行，所以可以顯示純正的黑色，因為主動發光，所以色彩區域不看燈管的臉色，可以達到很高的色彩區域，所以色彩可以做得非常逼真。

　　我們很多手機屏幕都是OLED的，所以手機屏幕的色彩，就要常見的LCD、LED液晶電視鮮明很多。

　　此外，OLED還有一個附加優勢，它的響應時間比LCD快很多，它不需要液晶層，不需要緩慢的液晶分子運動，這樣顯示動態畫面的時候效果好很多，沒有拖影或者遲滯。

　　然而OLED也有OLED的雷。

　　純正的OLED，應該是紅色，綠色、藍色，三種顏色的OLED。三種光線混合起來顯示。早期的三星OLED就是這么做的。

　　但是，電視和手機不一樣，電視一看就是幾個小時，天天如此，OLED要一直亮著。

　　而紅色、綠色、藍色三種OLED的壽命是不同的，隨著使用時間增加，紅色衰減50%，綠色衰減20%，藍色衰減30%。這個電視就偏色了啊!

　　所以，三星沒堅持幾年，就不這么玩了。

　　而LG想出來一個辦法，用白色的OLED，還是每個點的光源能關掉，顯示純正的黑色，但是顏色靠紅、藍、綠三色的濾色片，雖然色域沒有三色LED那么大，但是壽命和偏色問題就沒有了。

　　這是市面主流的OLED電視的顯示方式。

　　在OLED之外，還有個QLED(量子點)，QLED和OLED差不多原理，也是主動發光，可以顯示高色域和純正黑色。

　　但是，但是，但是(重要的事情說三遍)，QLED的成熟度比OLED還差，依靠它自己發光的商用產品根本出不來。

　　那么，市面上的QLED電視是怎么回事呢?

　　也很簡單，繼續用LED背光，然后QLED的自發光混合兩種光，只改變顏色。這樣用了QLED的寬色域，但是背光也液晶層還是有的，純正的黑色還是顯示不了。

　　三、完美解決方案——量子點OLED

　　既然當前的方案都不完美，三星就想到了把OLED和QLED結合起來。

　　OLED當背光，類似LG的解決方案，獲得真正的黑色和超高對比度、快速響應時間。

　　然后，用QLED的混合光，替代濾色片，獲得寬色域。

　　這樣，三星OLED寬色域、高對比度與快速響應可以兼得，同時還避免了三色LED壽命短，偏色的問題。堪稱完美的解決方案。

　　當然，理論完美還是理論完美，現在OLED是一套生產設備，QLED是另外一套生產設備，要把兩套東西融合起來需要一定努力。

　　要把理論完美的東西量產出來也需要很多工藝的探索，而且初期產品必然會非常昂貴。但是有了正確的方向，好東西終究是會普及的，我們期待著三星的進度能快一點早點量產，期待著LG、京東方、天馬能在三星之后跟進。

　　完美的顯示已經不再遙遠。