透明OLED顯示發展現狀及技術分析

李偉章

摘? 要：OLED顯示技術的出現打破了人們對顯示屏的固有認識，利用這項技術做出來的顯示產品可以輕薄易攜、色彩艷麗，產品外形上除了有常規的平面狀，還可以做成曲面、甚至折疊，給人一種無與倫比的視覺沉浸感。結合OLED技術，我們可以把顯示面板做成透明，與LCD依靠外界光進行顯示的透明技術不同，透明OLED顯示屬于自發光的技術，且透明度高，一般在40%以上。透明OLED顯示技術給予我們不同的呈現形式與視覺沖擊，結合現代物聯網的普及，相信將會推動“泛在屏”顯示時代的發展。文章基于透明OLED闡述其發展由來并進行技術分析。

關鍵詞：OLED;透明顯示;透明陰極

中圖分類號：TN873? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0135-03

Abstract： The emergence of OLED display technology has broken people's inherent understanding of the display screen. The display products made by this technology can be light， easy to carry and colorful. Besides the conventional plane shape， the products can also be made into curved surfaces or even folded， giving people an unparalleled sense of visual immersion. Combined with OLED technology， we can make the display panel transparent. Different from the transparent technology that LCD relies on external light for display， transparent OLED display belongs to self-luminous technology， and the transparency is generally more than 40%. Transparent OLED display technology gives us different presentation forms and visual impact， combined with the popularity of the modern Internet of things， it is believed that it will promote the development of the "ubiquitous screen" display era. This paper describes the origin of its development and technical analysis based on transparent OLED.

Keywords： OLED; transparent display; transparent cathode

引言

自1987年鄧青云教授實現低電壓下驅動雙層有機電致發光器件以來，OLED（有機發光二極管）得到了長足的發展，在顯示面板領域呈現出勢如破竹的發展之勢。與傳統的液晶顯示相比，OLED屬于自發光的顯示技術，不需要背光源，因此具有外形輕薄、視角寬廣、對比度高的特點。另外，OLED采用固態的有機材料作為發光層，其反射型陽極和半透明陰極構成一個光學微腔，利用微腔效應可使出射光的半峰寬控制在35nm以內，因而OLED面板色純度高、色域廣。每個OLED像素可以被獨立地尋址、驅動，像素形狀有長方形、菱形、橢圓形等，最小尺寸在15微米左右，其面板產品分辨率可達400 PPI以上、響應速度比液晶快50倍，呈現出來的畫面細膩、流暢。OLED具有的上述特性受到面板廠商和消費者的青睞，迅速占領了穿戴、手機、電視和車載顯示市場，其面板出貨量逐年攀升，預計市場滲透率在2025年將提升至73%。

近年來，由三星引領了一場面板行業的外形革命，柔性屏的出現讓消費者第一次意識到屏幕還可以由直變彎、由彎到卷。柔性顯示屏采用PI（聚酰亞胺）薄膜作為基底，上面制作TFT驅動電路以及沉積OLED材料，最后使用TFE薄膜封裝技術達到隔絕水氧的目的。柔性屏的應用領域十分廣泛，隨著技術瓶頸的突破，良率將會得到進一步的提升。

值得一提的是，OLED的器件結構非常適合用于制作透明顯示屏，關于這方面的研究一直是行業內的熱點。OLED透明屏的應用前景廣闊，可用于櫥窗展示、戶外廣告牌、平板顯示，甚至可用作玻璃窗戶，頗有科幻的感覺。目前市場上已經發布了相關的產品，小尺寸的以Kairos的透明顯示智能手表為代表、大尺寸的以三星55寸的透明OLED電視為代表。韓國的LG Display已經掌握了量產大尺寸透明OLED顯示器的技術，相信未來會有更多的產品推入市場。

面對競爭愈發激烈的顯示面板市場，曲面屏、全面屏、折疊屏等新概念層出不窮，說明面板廠商想要突圍而出，必須實現產品差異化。透明顯示可作為一個新的技術突破點，目前來看，相對于LCD、Micro LED等其他技術，OLED在透明屏產品的生產可行性方面技術最為成熟、最為適合。

1 透明顯示技術分類

透明面板，就是在關閉時像普通的玻璃一樣透明，而工作時不僅能讓我們看到面板上顯示的圖像，還能夠看到顯示屏背后的物體。在目前已報道的案例中，PDP、LCD、Micro-LED、OLED等技術都可以實現透明顯示，下面我們來進行簡單介紹：

1.1 PDP透明顯示

如今PDP顯示屏的產品已非常少見，它的工作原理與常見的日光燈類似，是一種利用氣體產生等離子體放電，然后激發熒光粉發出可見光的顯示技術。由于PDP不需要TFT驅動電路，因此只要把面板中不透明的電極、熒光粉、阻隔層替換掉就可以實現透明顯示。2011年，韓國大田科學技術院使用透明度很高的二氧化硅溶膠凝膠作為絕緣層、SU-8光刻膠作為阻隔層，得到了透過率接近63%的PDP顯示屏，取得了良好的視覺效果。

1.2 液晶透明顯示

LCD屬于非自發光的顯示技術，它依靠背光源發出的光通過紅綠藍彩色膜來顯示不同的顏色。要用LCD技術實現透明顯示，一般來說有兩種方法，第一種是去除背光源，利用外界光作為光源來實現透明的效果，第二種是對背光模組進行重排，將背光源放置在顯示屏的邊側。前者適合做大尺寸面板，而后者適合用于小尺寸產品。2012年，京東方展示的國內首款32寸透明液晶顯示屏就是采用第一種方法，該顯示屏具有全高清、功耗低、寬視角、對比度高的特點，成為當時展會上的焦點。

1.3 Micro-LED透明顯示

Micro-LED是微發光二極體顯示器，屬于自發光的顯示技術，由尺寸在10微米以下的LED晶粒組成發光像素。由于發光像素尺寸極小，因此具有制作透明顯示器的先天優勢。2019年，天馬在SID會議上展示了與PlayNitride合作完成的7.56寸透明度達60%的Micro-LED顯示產品，該樣機分辨率達114PPI，邊框小于0.8mm，可用于車載顯示器。但Micro-LED技術至今仍未成熟，在巨量轉移、晶粒良率、三基色顯示化等方面仍需要一段時間的技術沉淀。

1.4 OLED透明顯示

OLED常見的微結構有底發光與頂發光兩種器件，它們的電極設計都是采用一面為全反射、另一面用于透光的方式，這就是所謂的單面顯示OLED。其中頂發光器件發出的光線不穿過TFT層，所以比底發光器件具有更高的開口率。如果我們使用透明陽極和半透明陰極制作成OLED器件，則會得到雙面顯示OLED，美中不足的是這種做法會使OLED器件效率降至25%、色彩飽和度小于50%，難以滿足用戶的使用需求。OLED透明顯示利用其自發光、輕薄的特性，厚度能控制在1mm左右，用該技術做出來的手表、電視、櫥窗等產品具有獨特的魅力，三星、LG Display、松下等公司已經展出了相關樣機。雖然OLED厚度很薄，但它采用的LTPS（低溫多晶硅）驅動電路和一些功能層的透過率卻很低，因此要實現透明顯示，需要對電路重新排布或者把不透明的功能層替換成透明材料，才能獲得更高的透過率，我們將在下文進行詳細闡述。

2 透明OLED顯示技術分析

目前常見的透明OLED面板透過率在45%左右，利用OLED輕薄、自發光的特點，要實現透明顯示并不困難，結合我們的生產經驗可分為以下三個方面進行技術介紹：

2.1 透明基板技術

市場上常見的OLED面板產品大多采用LTPS作為驅動電路，分辨率越高，電路排布越密集。而電路部分的光透過性不佳，尤其是用ITO/Ag/ITO作為陽極的全反射層完全不透光，因此，我們首先考慮到的是對TFT電路進行重新排布，通過讓發光像素和電路緊湊排列來騰出透光的區域（圖1）。另外，我們嘗試以四個像素為一組，只保留一個像素作為發光顯示區，其余三個像素為非顯示區，去除非顯示區的陽極、平坦層和像素定義層，由此方法得到的基板透明開口率達56%（圖2）。從材料角度來說，顏色越深對光線吸收能力越強，目前平坦層、像素定義層所使用的材料透過率約為70%，因此選用透明的材料替代它們可進一步提高基板的透過率。

2.2 透明陰極技術

頂發光OLED器件一般采用CMM（普通金屬掩膜版）蒸鍍15nm的鎂銀合金作為半透明陰極，然而金屬對光的反射導致產品透過率只能達到28%。為了解決這個問題，我們采用FMM（精細金屬掩膜版）對顯示區的像素區域蒸鍍陰極，非顯示區不蒸鍍陰極材料，再對顯示區的陰極進行搭接，可使產品透過率提升至42%。由于FMM價格昂貴，會給實際生產帶來較大的成本壓力，因此我們嘗試選用透明材料作為陰極。ITO（氧化銦錫）是透明度達90%以上的良導體，通過磁控濺射的方式將它沉積在有機薄膜表面充當陰極，可以在獲得良好透明性的同時減弱微腔效應帶來的視角色偏?？紤]到濺射過程中產生的Plasma可能對OLED器件性能產生不良影響，研究人員使用PLD（脈沖激光沉積）技術實現了無損傷沉積ITO薄膜的效果。除了ITO以外，納米銀線、石墨烯、金屬網格等都是在透明性和導電性方面表現出眾的材料，它們的存在推動了透明面板的發展。

2.3 其他改善技術

光損失機制中，我們將光在不同折射率材料界面存在的反射損失稱為菲涅爾損失。要提高透明度，必須想方設法將光線穿過顯示面板時的光損失降低。例如封裝玻璃與蓋板玻璃之間存在一層空氣間隙，而玻璃與空氣之間存在光學不匹配導致光損失。如果使用透明消氣劑填充其間，那么不僅可以提高面板的透明度，還可以增強面板的抗壓強度。另外，常見的玻璃透過率一般為91%，研究表明，在玻璃表面貼一層抗反光涂層來減少外界光的反射，可以使玻璃的透過率提高至98%，對于改善透明度來說是一種簡單易行的方法。

3 結束語

OLED顯示擁有其他傳統顯示技術無法比擬的優點，受益于上游的技術成熟、下游的需求增長，在生產成本逐漸降低以后OLED面板的市場滲透率會進一步擴大，目前世界各國的顯示面板廠商已經積極布局與投產。OLED器件非常適合用于制作透明面板，同時透明OLED是具有視覺沖擊力的產品，相信它的出現會在消費市場掀起波瀾。當然，透明OLED面板目前還存在亮度不足、對比度低等飽受詬病的問題，但隨著透明基板技術、透明陰極技術的進一步完善，輔之以更多透明材料的出現，這些技術上的難題會逐一得到解決。

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