不平的影像新视界 OLED原理及技术解析

一直以来，人们对画面的定义都是“平”的，小到PMP设备、手机，大到显示器、电视,我们似乎始终觉得曲面显示设备只会出现在科幻电影里，直到近期，各类曲面设备如潮水般向我等袭来，我们才猛然发觉，科幻与显示其实仅在一线之间，电影里的众多曲面设备离我们真的很近。但是，我们对这类曲面显示设备背后的功臣——曲面OLED的了解却知之甚少。今天我们不妨在这儿聊聊这位幕后英雄。

青出于蓝，OLED的结构及原理简介

OLED是Organic Light-Emitting Diode的单词缩写，意为有机电致发光二极管，也可称其为有机电激光显示。其具有典型的三明治式结构，也就是由不同的应用层叠加组合而成。首先，是由一层薄薄的、透明的且具有半导体特性ITO（铟锡氧化物层）与供电部分的正极端相连接，而供电部分的另一端则连接到金属层来作为阴极。接着，就是在这两极中间叠加进三层结构，从阳极至阴极分别为：HTL（空穴传输层）、EL（发光层）和ETL（电子传输层）。当供电部分输出适当强度的电压时，正极处的空穴（一个缺少电子的、成正电性的空位粒子）与阴极处产生的电荷就会在发光层中结合，进而产生出亮光。由于发光层中配方不同，会产生出的红、绿、蓝的RGB三原色，通过强弱叠加，就构成了基本的色彩。

OLED虽然在名字上与LED类似，但二者却是完全不同的两类事物。以我们常用的LED显示器为例，它的液晶面板是通过LED背光源发光，再通过液晶分子的折射而产生各种不同的颜色。而液晶分子其本身并不具备发光的能力，也就是说，LED所指的就仅仅是显示器的背光源而已。但OLED则不同，它自身就能够发光并产生各种颜色，因此，它不需要额外的背光源。LED和OLED的关系好比发动机和汽车，前者无法独立运作，必须要搭配上更多的部件才能发挥作用，而后者则本身就是一个一体化的模块，能独立地将功能实现。这就让OLED在工艺上可变得更加的薄，结构上也更简单，也为其可塑造出多样的表面提供了优先条件。

传统LCD与OLED的区别

OLED基本结构

采用柔性OLED的三星YOUM

可任意弯曲的柔性OLED

可能你会好奇，传统的LED和OLED都是非常平整的，为什么可为什么柔性OLED就能任意弯曲呢？为了让OLED屏幕变柔软，各厂商都把功夫下到了“表面”，一个比较有效的方法就是把聚合物添加到可弯曲的合成材料薄膜上，并通过使用特殊的阻隔层，减少基底薄膜对氧气和水汽的透过率，从而使聚合物长久地与空气隔绝，形成一个保护外衣。比如三星推出的基于OLED技术的柔性YOUM屏幕，就是将玻璃基板和封装层换成了柔性聚合物薄片来实现的。通过聚合物将内部结构包好并隔绝空气后，屏幕上的玻璃便可以被去掉，不同的曲度便可呈现。

目前，主流手机、平板等移动设备上所使用的液晶屏幕通常有六层（如三星YOUM屏幕则仅为四层结构），其中就有两层是采用的玻璃材质。而普通的柔性OLED，两层玻璃基板和封装层都可以被更薄的柔性聚合物薄片所替代。因此，柔性OLED屏在做得又轻又薄的同时，在结构内部还没有液晶分子和玻璃，这也让柔性OLED屏比主流的液晶屏更耐用，抗震性能、透光性能都会更好。

模式相近，封装不同

与传统平面OLED设备相比，柔性OLED在制作上的大不同在于封装工艺。传统平面OLED器件是在刚性基板（如玻璃、金属等）上制作电极和各有机功能层，对这类器件进行封装，一般就会给器件加一个盖板，并将基板和盖板用环氧树脂粘接在一起，这样就在基板和盖板之间形成了一个“与世隔绝”的罩子，将所有的器件和空气隔开，空气中的水、氧等成分只能通过基板和盖板之间的环氧树脂，缓缓向器件内部进行渗透。因而，比较有效地防止了OLED各功能层与空气中的水、氧等成分发生反应。对平面OLED进行的封装所用的盖板，通常是也玻璃或金属。整个封装过程是在充满氮、氩等惰性气体的手套箱内完成。一般来说，金属盖板可有效阻挡水、氧等成分对器件封装的渗透，又可使器件坚固。但其缺点在于不透光，进而就限制了此封装方法在照明或成像设备上的应用。另外，用金属盖板封装时，还应特别注意金属盖板不能接触到器件的电极，否则极易发生短路。玻璃虽能解决这类问题，但也存在硬度不高、易碎等缺陷。此外，盖板封装时所用的密封胶，还具有多孔性，会使少量空气中的水分渗入器件内部，因此在封装过程中，一般还会在器件内部加入氧化钙或氧化钡来作为干燥剂，吸收涂环氧树脂和封装时所残留的水分。

柔性OLED的封装方式则有所不同，其主要的封装方法有两种：（１）与传统平面OLED器件类似，不同之处在于给器件一个柔性的聚合物的盖板，然后在基板和盖板上制作阻挡层。（２）在基板和各功能层上制作单层或多层薄膜来阻挡水、氧等成分的渗透，这种封装技术可塑性更强，设备也能被制作得更加纤薄。其中，单层薄膜封装一般是利用等离子体化学气相沉积或真空蒸镀技术，在基板上和器件上制备一层阻挡层，以此来阻挡水汽和氧气的渗透。阻挡层材料一般为硅氧化合物或硅氮化合物。多层薄膜封装则是在聚合物基板和有机发光器件上，采用多层薄膜包覆密封。也就是用覆膜材料对柔性有机发光器件进行全密封包装，该混合防护层由真空沉积聚合物膜和高密度介电层交替构成，有效地消除了各防护层材料间的相互影响。聚合物在真空中沉积并交联，形成了一种非共形的聚丙烯酸酯膜，然后将介电质薄膜层的层数和成分加以调控，进而形成所需要多膜覆盖。

采用柔性OLED屏幕+多摄像头的FlexCam概念全景相机

传统OLED的封装和柔性OLED的封装的不同

各表一枝，柔性OLED的优缺点

坦白地说，柔性OLED屏幕的优点的确不少，如前面提到的结构简单、可塑性强、纤薄等。但我们也不得不承认，柔性OLED屏幕仍有一些问题需要解决，其中大的问题莫过于制造工艺上的不够成熟。目前，国际上开发柔性OLED屏的公司不少，但其产品的合格率大多不高。尺寸稳定性成为塑胶基板柔性OLED屏制作中的大挑战。若尺寸变化过大，会使得光罩对位变得极为困难，还会限制住晶体管设计的大小，同时容易在有机与无机材料层界面间产生内应力，导致弯曲时，层与层间产生剥离，这也就解释了为什么柔性OLED结构上简单，但良品率较低的原因。这一因素所带来的进一步后果，就是让柔性OLED设备的生产成本居高不下，进而柔性OLED设备的销售价格也居高不下，这为柔性OLED设备的大量普及带来较大的障碍。再加上生产OLED的原材料本身就较为昂贵，让量产柔性OLED屏幕的企业变得屈指可数。以柔性OLED手机市场为例，目前虽然已经出现了搭配柔性OLED的产品，但都还是一些概念性产品。由此可见，柔性OLED设备要想达到普及的程度，还有很长的一段路要走。

众厂商发力柔性OLED

其实在很早之前，诺基亚、索尼、三星等厂商就已经给出柔性OLED手机的概念图，这种柔性OLED技术的研发也已经持续相当长的一段时间了。早在2011年，诺基亚在2011诺基亚世界大会、三星在CES 2011上就展示过柔性OLED的实体样品。而对于柔性OLED的研究，各大移动终端制造商也一直没有停歇。包括三星、LG、飞利浦、夏普、索尼和诺基亚在内的厂商目前都在研发柔性OLED屏幕技术，同时也都有各自的样品展示过。但直到目前，由于技术的不成熟，所以还看不到有产品的上市。

售价数万元的曲面OLED电视，你会购买吗？

曲面OLED应用到手机上从人体工学角度来看，似乎更贴合人脸。

用大尺寸的曲面OLED电视

弯弯的曲面OLED

由于OLED是一种自发光的面板，它并不需要额外的背光部件当光源，再加上OLED也可以使用带有金属层封装技术的单一玻璃基板，所以OLED的设计和结构上的优点能更好地形成弯曲的形状。目前曲面OLED产品的弯曲制程技术还不够成熟，制造曲面OLED产品大致有两种：第一种是在OLED封装过程中就形成曲面；第二种是在完成OLED面板制造过程后再形成曲面。

不过，曲面OLED制造过程中也面临着许多挑战。由于制造大尺寸的OLED面板在工艺上已经比较复杂，若让其曲面化，虽然不存在像柔性OLED那样的诸多问题，但在制造工艺上依旧难度很大。这样无疑会降低产品的良品率并且大幅度增加成本，这也是其一直无法大量生产的关键因素之一。比如为了提高高强度冲击下的耐力度，OLED外框必须比LCD更坚硬更厚实。而且，当OLED材料遇到加热蒸发后的热气，一定程度上将降低发光效率和使用寿命。在弯曲过程中由于在采用高温和压力之下，作为OLED的偏光片附件的模块生产也会产生问题。这些是曲面OLED电视的挑战。

由于技术及生产工艺上比柔性OLED的难度要小，所以曲面OLED从小到几英寸，大到上百英寸的产品都有。而目前应用多的就是穿戴设备和电视方面，并且已经有诸多产品上市可以购买到，而不像是柔性OLED产品，更多的还只是“期货”产品。

曲面OLED的优缺点

首先，到目前为止，由于大多数电视是平面的，所以弯曲的屏幕形状在风格上很容易被区分。事实上在目前高度同质化外观设计的平面电视中，曲面化极易形成品牌的差异化。其次，曲面OLED电视从任何角度都能提供佳的观看效果。整块屏幕朝观赏者方向包围的弧形设计，可提供更宽广的可视角度与宽阔的全景影像效果。再者，以曲面电视而言，近距离观看时还减少了离轴观看时的失真度。而曲面OLED产品的缺点主要是由于技术及生产方面的原因，导致良品率低，成本较高，从而导致整个产品上市的价格较高。我们拿LG 55E A9700这款售价34999元的55英寸曲面OLED电视举例，除了商用显示和个别消费者购买之外，不会有太多人买。因为这类产品价格高、实用性小，其售价足够买数台普通LED电视。

曲面OLED产品相对更成熟

在研究柔性OLED技术中，曲面OLED成为一步探路石，这也是为什么曲面OLED的口号远比柔性OLED口号响亮的原因。这类设备的普及道路还很远，这是事实，但不得不承认，曲面OLED设备的确变得越来越多。曲面OLED设备除了要克服其本身售价高昂的不足外，另一个要顾及的是在曲面设计上，对人们心中成像设备固有观念和使用习惯强烈冲击。电视、智能穿戴设备等还好，而能在功能和实用性上，完全接受曲面手机这一设计理念的用户却着实有限。

对于曲面手机，韩系厂商无疑充当了其中重要的推手。其中，为我们熟悉的无疑是LGG Flex手机，它也是在国内首款上市的曲面手机。其采用了6英寸的曲面OLED屏幕，分辨率为1280×720，像素密度为245ppi。支持LT E的4G网络制式，其处理器选用的是高通骁龙Snapdragon MSM8974，并拥有2GB RAM和32GB ROM，性能强大。总的来看，LGG Flex虽算得上是一款配置不错的旗舰手机，但与众多同价位手机相比，除了曲面屏幕外，其亮点并不突出，而曲面屏幕几乎又是这款手机的唯一亮点。反复来看，曲面手机所带来的视线与画面垂直的视觉体验，以及人脸贴合度更高等优势，在不少人眼中，都属于聊胜于无的设计，对用户体验的实质性提升并不大。

再来说说电视，对于电视特别是一些大尺寸电视，采用曲面OLED是非常有必要的。一般来说，在色彩表现、功耗等方面，曲面电视与普通平面电视间基本是没有差异的，但在实际的观感上，二者却存在较大的差异。平板电视如果尺寸过大，且视距较近的话，电视两侧的边缘会因可视角度太大而产生色差，进而影响观感。而曲面电视对用户来说可形成一个弧形包围，提供宽阔的全景影像效果。眼睛在直视任何一个屏幕上的任何一个点时，人眼和屏幕都能形成一个近90度的直角，不论是在屏幕中央还是边缘四周，成像的表现均相同，并且在近距离观看时，还能减少离轴观看的失真度，这些都是在性能参数上无法体现出而实际感受又能体会到的。而反过来，站在厂商角度考虑，曲面电视会让观影者的观赏距离进一步拉长，即消费者会为了追求更好的观赏体验拉长自己的视觉距离，这样又反过来促使了消费者去购买更大尺寸的电视，增加了对成像面积的需求，无形中就为厂商增加利润带来了机会。但是，由于目前曲面电视在制造工艺方面并不完全成熟，制造成本相对较高，厂商目前尚不会同时全面量产多款曲面电视设备，少量的几款型号除试水市场外，更可视作厂商展现自己技术实力的一种方式。

后来聊聊其它的曲面OLED设备，其实对于这一类设备来说，过于丰富的功能和衍生形态，让我们很难给其下个定义。归结起来，说它们是手表、手机或手镯或配饰都是没有问题的，我们姑且先称其为曲面OLED穿戴设备。这类产品种类不少，但市场化程度却并不算高，也就是说，大部分消费者对其所保持的消费心态，仅仅是新奇、尝鲜、好玩等看法，而对产品本身实用性的认可度却并不高。反观这类产品的设计厂家们，似乎也没有一套完善且长远的产品设计思路，这类曲面OLED穿戴产品究竟要有怎样的定位，是有合理的功能归属，还是会作为一类趣味性的电子产品来存在，答案犹未可知。只能说，目前我们需要这类曲面OLED穿戴设备来丰富和优化我们的生活，它们是一类调剂，而非一类存在。

曲面电视，能让每一个视觉点都得到同样的观影体验。

曲面/柔性OLED发展还需时日

对于目前大部分用户来说，不管是曲面OLED还是柔性OLED设备，更多的意义在于新奇，而非实用。其实更大的价值是厂商展现技术实力和为品牌造势，而且从量产能力和目前的价格来看，普及的可能性都很小。做个假设，在未来数年以后，当曲面和柔性OLED设备随处可见时，可能人们对其的购买欲，反而不如现在强烈。它的产生，更多的是在某一特定领域填补一片技术空白，并不足以引发一场显示技术的革命。一段时间以后，当人们在一阵新鲜劲儿过去时，对曲面和柔性OLED设备的选购上，也会更多的归于理性。设计、性能和价格又会回到同一起跑线上，曲面和柔性OLED要全面进入商业化的运作，道路还很长。