OLED显示发展历程、优势及制备过程包括哪些？

显示产业发展百余年，OLED 有望引领下一个时代。

显示面板所呈现的画面由无数个像 素点组成，每个像素点包含红、绿、蓝三个不同颜色的子像素。通过不同的技术原理改 变三种颜色的子像素的亮度，从而组合成每个呈现出不同颜色的独立像素点，进而结合 起来，呈现出我们所看到的画面。1897 年，德国物理学家发明了 CRT（阴极射线管）， 原理为通过电子枪发射出来的光束撞击在荧光屏幕上而成像；1988 年，日本夏普公司发 明了世界第一台液晶显示器，相比 CRT 显著轻薄化；到了二十一世纪初，LCD 开始超越 CRT 成为了主流的显示技术。2005-2010 年，韩国通过雄心勃勃的投资战略开始超越日 本成为全球最大的 LCD 生产基地。 2007-2010 年，显示产业开启了新一轮迭代：2007 年，索尼发布世界上第一台 OLED 电 视 XEL-1，厚度仅 3mm；2008 年，诺基亚发布了全球第一款 OLED 手机（240×320 像 素）；2010 年，三星发布了全球第一款 OLED 智能手机 Galaxy S；2017 年，随着年销量 超过 2 亿台的 iPhone 开始采用 OLED 屏幕，OLED 显示的发展开始进入崭新阶段，未来 在折叠屏高增、中尺寸产品渗透率提升、可穿戴设备放量的带动下，OLED 显示有望引 领下一个时代。

在过去一百多年间，显示产业始终向着更轻薄、更清晰（分辨率、对比度更高）、色彩 更鲜艳（色域更广）、更便携（可折叠、可穿戴）、成本更低的方向发展。OLED（有机 发光二极管）显示是在电场驱动下，通过电子和空穴注入和复合而发光并实现显示的一 种显示技术，符合显示产业的发展诉求，有望引领下一个时代。OLED 显示的基本原理 是通过给不同的有机发光材料通电，使其分别发出红、绿、蓝三色光线，通过控制通过 三个子像素点的电量实现成像。相比传统 LCD 液晶显示，这种显示方式的优势包括： 

对比度更高：由于 LCD 中所有像素点共享一块背光板，液晶分子即使处于关闭状态， 也会有一小部分液晶分子形成偏转，导致一部分光线泄露出去。这使得 LCD 显示的 纯黑画面其实是亮度大幅度递减的灰色，导致画面中深色的部分不够深，从而使得 对比度偏低。OLED 可以通过单独控制每一个像素点通电，从而使得像素点可以实 现纯粹的黑色，因此 OLED 可以实现显著高于 LCD 的对比度。根据和辉光电，LCD 对比度一般为 1000：1，而 AMOLED 的对比度一般为 1,000,000：1； 

更轻薄：由于没有液晶层和背光层，OLED 面板的厚度显著薄于 LCD 面板。根据三 星显示，LCD 显示面板厚度一般为 15mm，OLED 显示面板厚度一般为 4mm；

色域更广：荧光材料本身可以发出很浓的红、绿、蓝三色光，因此色域相比 LCD 显 示更广。根据和辉光电，LCD 显示的 NTSC 色域一般为 85%，AMOLED 的 NTSC 色 域一般为 105%；

响应速度更快：OLED 不同颜色切换只需要零点几毫秒，尤其是在寒冷环境下。根 据和辉光电，LCD 相应速度一般为 10ms，OLED 一般为 1ms；

能耗更低：AMOLED 半导体显示面板在节能省电方面具有较强的优势，主要体现在 发光效率高、黑底模式以及 AOD 模式等方面。由于 LCD 面板需要背光模组始终保 持开启状态，而 AMOLED 仅需要给独立的发光子像素通电，能耗相较传统 LCD 更 低；

可弯折，便携性更优：薄膜电路和荧光材料都可以弯曲，因此可以制作曲面屏 （Curved）、折叠屏（Foldable）甚至卷曲形态（Rollable）的屏幕。

小尺寸：OLED 在智能手机 2023 年渗透率预计达 51%，2000 元以上新机型普遍选 用OLED路线。分品种看，不同产品OLED渗透率有着较大差异。相比于成熟制程的LCD， OLED 技术起步更晚、难度更高。目前 OLED 主流产线为 6 代线，而 LCD 已迭代至 10 代线。由于工艺端技术不成熟，过去 OLED 面板主要于小尺寸智能手机中应用。2022 年， 全球智能手机销量为 13.95 亿台，AMOLED 渗透率已达到 47.70%。根据 TrendForce 数 据，预计 2023 年智能手机 OLED 渗透率进一步提升至 50.80%。

中尺寸、大尺寸：OLED 在笔记本电脑/平板电脑/电视渗透率分别为 2.0%/2.5%/ 3.3%，提升空间大。2022 年全球笔记本电脑、平板电脑出货量分别为 2.86、1.62 亿 台，其中 OLED 产品出货 970 万台，渗透率 2.2%。2022 年全球电视出货 2.02 亿台， 其中 OLED 电视出货量 667 万台，渗透率约 3.3%。从机型角度来看：平板电脑：三星 Galaxy Tab 于 2011 年率先尝试 OLED 屏幕，目前在售产品起步价高于 4000 元，同时华 为 MatePad Pro、联想小新 Pad Pro 也推出 OLED 屏幕产品，售价相较三星更加低廉； 笔记本电脑：2019 年起，各家主流笔电厂商普遍推出 OLED 屏幕产品。从价格来看， OLED 屏幕笔电产品价格相对高昂，三星、戴尔、惠普、华硕在售 OLED 机型售价多为 万元以上甚至达数万元。

Sigmaintell 预计 2028 年 OLED 中尺寸渗透率有望提升至约 20%，有望拉动 OLED 面积端需求提升 44%、材料端需求提升 87%。2024 年随着苹果中尺寸产品开始切换 为 OLED 路线，同时三星、华为、荣耀等品牌高端产品线布局 OLED 技术，OLED 在中 尺寸领域渗透有望实现高速增长。根据 Sigmaintell 预测，2024 年全球平板电脑、笔记 本电脑中 OLED 面板渗透率将提升至 3.6%、5.7%，2028 年有望提升至 21.5%、17.9%。 根据 Statista 数据，以 2022 年销量为基数（智能手机 14.0 亿台、平板电脑 1.6 亿台、 笔电 2.9 亿台），假设中尺寸面积为小尺寸 4 倍（142 /72=4），则全球中尺寸产品屏幕总 面积为小尺寸产品的 1.3 倍。假设 2028 年中尺寸 OLED 渗透率按 Sigmaintell 预测值测 算，面积端中尺寸 OLED 面板相当于较目前小尺寸需求提升 43.7%，材料端结合 Tandem 叠层结构需求有望提升 87.4%。

OLED 制程一般分作前段 Array 制程、Cell 制程和后段 Module 制程，其中 Array 制程首 先需要进行 PI 浆料的制备，然后在衬底基板上通过各膜层之间的沉积形成可驱动整个面 板的电路架构；Cell 制程一般由蒸镀和封装两步骤组成，蒸镀过程是将升华前材料沉积 在像素定义层的开口区，封装则是保护器件、隔绝水氧的必备步骤；Module 制程是最后 的模组制程，过程中实现显示屏与 Touch、IC 驱动芯片等的贴合、绑定。各制程环节所 用的材料梳理如下：

Array 制程：以 PI 浆料（如 YPI）为基底，多次使用 PSPI 作为功能层材料。PI 涂布：YPI 作为柔性屏基底，是屏幕可靠性的基石。黄色聚酰亚胺 YPI 是柔性屏的“地 基”，技术壁垒、验证壁垒高企。聚酰亚胺 PI 是综合性能最佳的有机高分子材料之一， 正适合作为搭建 TFT 发光材料、电路器件的柔性屏基板。由于基板材料相当于整块屏幕 的第一道工序，要叠加 100 多层工序后才能评价产品整体性能的好坏，故而可靠性要求 非常高，PI 涂布、Array 制程、蒸镀制程、模组制程、RA 可靠性测试等全流程验证的周 期超一年。为满足环境洁净度和自动化的要求，PI 生产车间的部分区域洁净度标准达到 “百级”级别（无 5μm 大小灰尘），且制成的 PI 薄膜要耐 500℃高温、耐机械冲击，抗 膨胀、抗拉伸、抗分解、厚度均匀，各位置性能完全一致，满足弯折 10 万次要求，一 次验证至少花费数百万元。 TFT 阵列上沉积 PLN、PDL、PS 三层时，都需要 PSPI 光刻胶的配合。Array 制程的核 心是完成电路架构的设计，多层沉积的结构意味着需要多次使用光刻、刻蚀、清洗相关 材料。Array 段常规膜层主要包括有源层（poly-si、IGZO、a-Si 等）、栅极（gate，Ge）、 源/漏极（Source/Drain）、平坦化层（planarization，PLN）、阳极（Ano）、像素定义层 （PDL）以及支撑层（PS），因为 PSPI 本身的光敏性质能引发进一步的光反应，从而改 变材料本身的溶解度，在曝光显影后即可得到图案，简化了加工工艺，故 PLN、PDL、 PS 层在光刻时都使用了光敏聚酰亚胺 PSPI。虽然同时使用了 PSPI，但这三层各自发挥 不同作用，PLN 层是覆盖在制备完成的 TFT 上的平坦化材料，起保护作用；PDL 层则用 于分隔开像素，以保证像素定位精准；PS 层又称支撑柱，起到支撑蒸镀环节掩膜版，防 止 PDL 和像素区被刮伤的作用。此外，采用黑色 PSPI 替换透明 PDL 的 B-PDL 方案方兴 未艾。

Cell 制程：真空蒸镀与喷墨打印方案同台竞技，都需使用发光材料和薄膜封装材料。制程的关键是发光器件和封装层的制备，蒸镀一直是 OLED 制造工艺的精华所在。真空 蒸镀工艺主要用来制备注入层、传输层、发光层和阴极薄膜，通过电流加热、电子束轰 击和激光加热等方式，使被蒸镀材料在真空环境下蒸发成原子或分子，然后碰撞基片表 面凝结成膜。OLED 发光器件应在像素定义区 PDL 开口处沉积，具体操作中，蒸镀成膜 的位置是由 Fine Metal Mask（FMM，高精细金属掩模板）控制，但应用于大尺寸面板时， 大尺寸 Mask 易产生变形与材料过度使用等问题，加之还存在成膜速度慢、有机材料利 用率低、大尺寸成膜均匀性不佳等问题，因此蒸镀工艺主要用于中小尺寸的 OLED 器件 制备。

有机发光材料是 OLED 器件制造中最被人熟知的核心主材。OLED 终端材料可分为 6 层 14 类材料，其中发光层材料为核心部分，主要由掺杂材料（Dopant 材料）、发光主体材 料（Host 材料）、发光功能材料（Prime 材料）构成，三类发光层材料与各层通用层材料 共同作用以确保器件能够稳定、高效地呈现良好的发光效果。

大尺寸 OLED 可改用喷墨打印技术，配套的 IJP-INK/BANK 是核心材料。喷墨印刷类 似传统打印机，将图形信息转化为数字信号，进而控制喷嘴的移动和墨滴的挤出，实现 精确、定量、定位沉积。与蒸镀相比，喷墨打印工艺简单，大幅提升材料利用率。喷墨 过程中，主要用到的材料是 IJP Bank（像素限制材料）及 IJP Ink（墨水材料），即先形 成不亲 Ink 的挡墙（Bank），Bank 是由光刻得到的 Black Matrix（BM）以及印刷或曝光 得到的不亲 Ink 层构成，然后通过等离子气表面处理或 UV 照射等方式降低基板像素区 的表面能和接触角，使像素区转化至亲 Ink，最后将墨滴准确滴入像素区，形成 RGB 色 层图形。Bank 材料能在不同表面形成疏墨、亲墨特性，保证墨滴不溢流，减少混色不均 匀，因而价格昂贵。而 INK 研制最为重要，其物理特征直接决定了喷出液滴的均匀性。 除大尺寸OLED外，可用于增亮手机屏幕的MLP技术的平坦层也可通过喷墨印刷完成， 过程中使用的核心材料为高折 INK。MLP（Micro Lens Panel）即微透镜技术，是在 OLED 每个发光层 EL 子像素上光刻制备微型透镜，数百万计的微透镜组成了阵列，由于引入了 高折射率的材料，EL 发出的光线直接在透镜的界面处发生折射，从而实现光线的聚焦。 MLP 技术的本质是用可视角度来置换正面亮度，把散向屏幕侧面的光线聚焦到正面，在 同功耗下保持更高的亮度。高折材料的核心组成部分与薄膜封装材料改变不大，性能的 改进主要在于成膜树脂改变、官能团的改性等。例如，韩国 LG 确定以聚丙烯酸酯化学 体系为高折射率胶粘剂，通过喷墨打印法实现 MLP 技术，已取得了相当不错的进展。

Module 制程：传统偏光片削弱色彩表现，无偏光片的 COE 方案采用低温 OC 光阻。COE 是偏光片的进阶，该技术需要低温 OC 和黑色 PSPI 辅助。常规 PDL 使用的 PI 呈 黄褐色，对环境光有较高的反射率，在环境光较强环境下，OLED 基板反光会使得显示 效果大打折扣，故传统 OLED 中采用由线偏振片、光学保护膜等多膜层结构组成的圆偏 光片来降低反光，但透过率下降的同时屏幕变厚，不利于柔性折叠。近年兴起的免偏光 片技术 COE 取消了偏光片设计，典型结构如下：在薄膜封装后，在 R/G/B 像素上对应沉 积 R/G/B 彩膜。部分环境光及阴极反射的光会被这些膜层阻挡，从而降低总体反射强度。 采用 COE 结构的屏幕，对比度、亮度显著提升，画面的色彩表现更优秀，屏幕厚度更低， 彩膜层厚度仅数微米，更适合折叠屏设计要求。彩膜通过黑矩阵（BM）间隔开来，R/G/B 彩膜分别对 R/G/B 像素 OLED 光谱有高的透过率，因此对 OLED 本身出射光的强度影响 较小，彩膜属于光刻胶材料中的低温 OC。此外，COE 中的黑矩阵和黑色 PDL 层本身对 光具有强烈的吸收，这里用的材料即黑色 PSPI。