柔性显示技术及其应用

时间： 2024-01-04 来源：TOPPOWER官网

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如今的消费电子产品主要通过屏幕与用户交互，无论是触摸屏还是具有其他输入方式的屏幕。关于“视网膜”显示器已经有很多研究，其中屏幕的像素密度足够高，以至于人们无法在合理的距离内区分各个颜色像素。手机和平板电脑等便携式计算设备每天都在电子市场中占据更大的份额，在此过程中需要更强大的屏幕技术。

如今的消费电子产品主要通过屏幕与用户交互，无论是触摸屏还是具有其他输入方式的屏幕。关于“视网膜”显示器已经有很多研究，其中屏幕的像素密度足够高，以至于人们无法在合理的距离内区分各个颜色像素。手机和平板电脑等便携式计算设备每天都在电子市场中占据更大的份额，在此过程中需要更强大的屏幕技术。虽然的科技公司和Kickstarter项目都在推动可穿戴计算成为一个新的增长领域，但该技术在制造柔性屏幕方面尚不具有商业可行性。终，该技术有望提供环绕式屏幕，手表和其他配备全彩屏幕的设备可以拉直，用作传统的平板电脑，但目前，当前几代手机的屏幕在从低处掉落时会破裂，导致玻璃破裂，甚至可能导致其下方的屏幕破裂。柔性OLED屏幕有望提高耐用性，从而延长手机、笔记本电脑、平板电脑和其他设备的使用寿命和可用性。

什么是OLED？

如果没有从阴极射线管(CRT)显示器到当今无处不在的等离子和液晶显示器的转变，我们在过去十年中经历的许多创新都是不切实际的。新广播和显示技术的变革将带来十年前闻所未闻的创新，这是有道理的。然而，在IPS显示器、4K电视和3D家庭娱乐等众多技术中，真正革命性的设计变化是使用OLED屏幕。OLED（即有机发光二极管）是使用有机材料工作的半导体器件，而不是传统LED所需的砷化镓和其他化合物半导体。OLED无需背光即可工作，从而可以显示更深的黑色，并且还大大提高了功率效率。这与LCD屏幕形成鲜明对比，LCD屏幕的背光源持续打开，产生光线，然后通过液晶屏幕进行过滤。此外，OLED屏幕可以使用与喷墨打印机非常相似的技术打印在塑料等基材上。虽然目前的价格昂贵得令人望而却步，但在过去十年中，OLED已经在一些手机和其他产品中使用。随着制造规模的扩大，我们只能预期OLED将占据更多的市场份额，特别是随着新产品的发布，这些产品利用了这一优势。

典型的OLED成分

OLED结构在某些方面与有机太阳能电池相似，尽管它们使用不同的材料来实现各自的目的。通常，OLED电池由阳极和阴极之间的有机材料组成，然后沉积在塑料等基材上。OLED中使用的有机材料被称为“半导体”，因为它们的电导率范围从完全绝缘到高水平电导率，具体取决于施加在其上的电压。硅或砷化镓等典型半导体具有电子和空穴在其中传播的价带和导带，而有机半导体则通过在相邻的占据轨道和未占据电子之间交换电子来工作。典型的双层OLED电池如下图1所示。

图 1 双层有机 LED 电池（由维基媒体用户 Rafal Konieczny 提供）

OLED背后的理论

当在电池上施加电压时，电流流向阳极，因为电子从占据轨道中释放出来，并移动到相邻的未占据轨道中，这与传统半导体器件在偏见。根据半导体的带隙，当电子弛豫回到较低轨道时会发射特定波长的光。当谈到量子效率时，这些电池的效率约为5%，尽管正在做出许多努力来提高这些电池的效率，以进一步降低电池功耗。使用多层的更昂贵的设备（统称为异质结OLED电池）现在可以达到接近20%的量子效率。

OLED的优点和应用

OLED电池的优点之一（刚刚实现）是它们可以印刷在塑料等耐用基材上，从而可以用作柔性屏幕，可以毫无顾虑地包裹和弯曲。工作原型在过去一两年就已得到展示，三星在今年1月的CES 2013上首次展示了其柔性显示器，令现场记者惊叹不已。随着谷歌等公司开发下一代计算眼镜，Pebble电子手表筹集的资金比他们要求的多数百倍，很明显，消费者正在要求广泛的柔性屏幕。现在，公司必须弄清楚如何有效地大规模生产它们。制造商已经开发出使用喷墨打印机将OLED材料沉积在柔性塑料片上的技术。随着制造方法变得越来越普遍，价格有望降至甚至低于我们目前购买液晶屏幕的价格。

OLED制造面临的挑战

OLED并不是一项奇迹技术，在取得大规模成功之前仍需要一些创新。有机电池本身会因反复的压力、潮湿和热量而退化，所有这些都可能是作为消费电子产品的一部分处理时造成的。此外，与某些太阳能电池一样，OLED在制造设备阳极时使用一种称为氧化铟锡(ITO)的脆性半透明导电材料。其他导电金属会产生阴影效应，从而阻挡设备产生的部分光线。ITO变得越来越稀有和昂贵，并且是设备中精密的元件之一。目前的AMOLED屏幕可以使用坚固的玻璃来保护和封装器件，但柔性OLED的长期应用需要解决一些材料问题。

关于OLED的终想法

OLED技术有望为科技巨头带来新的消费电子领域的竞争，使几年前还属于科幻小说的可穿戴计算机和其他设备成为可能。虽然三星等公司已经在手机中使用OLED屏幕，甚至可以将电池打印到塑料基板上，但没有人能够解决塑料片反复受力所带来的耐用性问题。此外，事实证明，大规模、廉价地制造这些产品是很困难的。但当材料和制造问题终得到解答时，我们将在日常生活中看到各种各样的新型柔性屏幕。

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