什么是OLED全彩显示技术？

我们需要拆解这个概念：

• OLED (Organic Light-Emitting Diode)：有机发光二极管，这是一种利用有机材料在通电时发光的显示技术，与需要背光模组的LCD（液晶显示器）不同，OLED的每个像素点都能自发光,这是其所有优异特性的基础。
• 全彩：指的是显示屏幕能够呈现出红、绿、蓝三种基本颜色，并通过这三种光的不同强度混合，展现出自然界中丰富的色彩，这是实现高质量、逼真画面的前提。

OLED全彩显示技术的核心就是：如何在一个OLED像素点上，精确地控制红、绿、蓝三种颜色的有机材料发光，从而实现全彩显示。

OLED全彩显示的核心实现方式

实现OLED全彩显示主要有以下三种主流技术，各有优劣,适用于不同的应用场景。

RGB像素排列法

这是最直接、最理想的全彩实现方式，也被称为“ true OLED”或“三色像素法”。

• 原理： 它就像一个极其精细的马赛克，在每个像素点（Pixel）的内部，都包含了一个红、一个绿、一个蓝三个微小的子像素，这三个子像素紧密地排列在一起，形成一个像素组，当控制电路分别给这三个子像素施加不同电压时，它们就会发出相应强度的光，在人眼中混合成一个特定的颜色，红光和绿光等强度混合得到黄色，红、绿、蓝三光等强度混合得到白色。

  
  （图片来源网络，侵删）

• 子像素排列： 最常见的排列方式是条纹状，RGB 或 GBR，此外还有三角形排列和对角线排列等，这些排列方式在不同角度观看时,对色彩均匀性的影响略有不同。

• 优点：

  • 色彩纯净度高：每个子像素只发出一种纯色光，没有光色转换的损耗，因此能实现非常高的色域（如DCI-P3、Rec.2025）。
  • 结构相对简单：在像素层面直接实现三色,驱动逻辑清晰。
  • 像素密度高：因为每个像素就是一组RGB，无需额外的转换层，更容易实现高PPI（每英寸像素数）。

• 缺点：

  • 制造工艺复杂，成本高：需要在基板上精确地蒸镀三种不同的有机发光材料，对工艺精度要求极高，容易产生混色,导致良品率较低。
  • 材料选择受限：需要找到性能稳定、寿命长且发光效率都很好的红、绿、蓝三种有机材料，特别是蓝色OLED材料的寿命和效率一直是整个行业的技术瓶颈。

• 应用领域： 主要用于对显示质量要求极高的领域,如：

  
  （图片来源网络，侵删）
  • 高端智能手机屏幕（如三星早期的AMOLED手机）
  • 高端电视（如三星的QD-OLED电视，其底层是RGB OLED）
  • 专业摄影/设计显示器

白光OLED + 彩色滤光片法

这是一种为了简化制造工艺、降低成本而设计的方案，也被称为“WOLED + CF”或“白基板法”。

• 原理：

  1. 发出白光：OLED发光层只发出白色光，这个白色光是由红、绿、蓝三种颜色的光混合而成的（通常由蓝光激发黄色荧光物质得到，即蓝光+黄光=白光）。
  2. 过滤颜色：在白色发光层之上，覆盖一层彩色滤光片，就像一个透明的、带有红、绿、蓝三色涂层的“马赛克”，每个像素点对应一个红、绿、蓝的滤光点。
  3. 混合成色：当白光穿过一个红色的滤光点时，只有红光能通过，其他颜色的光被吸收；同理，穿过绿色和蓝色滤光点时，就只留下绿光和蓝光，通过控制白光的强度,就能最终得到所需的颜色。

• 优点：

  • 制造工艺简化，成本低：因为发光层只需要制备一种能发出稳定白光的材料，无需精确蒸镀三种颜色,大大提高了生产效率和良品率。
  • 色彩表现均匀：由于所有像素点使用的是同一套发光层,色彩均匀性很好。
  • 寿命较长：避免了寿命较短的蓝色材料在像素点中单独工作,整体屏幕寿命更均衡。

• 缺点：

  • 光效率损失严重：这是最大的缺点，白光发出后，有大约2/3的光会被彩色滤光片吸收掉，只有1/3的光能穿过，这导致屏幕更耗电,亮度也相对较低。
  • 色彩饱和度较低：滤光片本身无法创造出光源中没有的光谱,因此其色域通常不如RGB像素排列法宽广。

• 应用领域： 主要用于对成本敏感但对色彩要求不是极致的领域,如：

  • 中低端智能手机
  • 智能手表
  • 车载显示
  • LG的OLED电视（大部分采用此技术）

量子点色彩转换法

这是近年来兴起的一种高性能技术，它巧妙地结合了OLED和量子点的优点，旨在解决WOLED + CF光效低和RGB OLED制造难的问题，LG Display的W-OLED和三星的QD-OLED都基于此原理,但侧重点不同。

• 原理：

  1. 发出蓝光：OLED的发光层只发出纯度极高、效率也高的蓝色光。
  2. 激发量子点：在蓝色OLED之上，设置一层图案化的量子点层，量子点是一种纳米级的半导体材料，受到蓝光照射时，会发出特定颜色的光（红光或绿光），这个过程被称为“光致发光”或“下转换”。
  3. 形成彩色像素：
     • 在需要红色像素的地方,覆盖上能发出红光的量子点。
     • 在需要绿色像素的地方,覆盖上能发出绿光的量子点。
     • 在需要蓝色像素的地方，则直接让蓝光穿过（量子点层在该区域是透明的）。 通过这种方式，用一道蓝光“印刷”出了红、绿、蓝三色的像素。

• 优点：

  • 光效率极高：蓝光OLED效率高，且量子点转换效率也很高，整体光效远高于WOLED + CF，因此更亮、更省电。
  • 色域极广：量子点发出的光谱非常窄，色彩纯度极高，可以实现远超传统LCD和WOLED的色域,色彩鲜艳度极佳。
  • 蓝色像素纯净：直接使用高效的蓝光OLED材料，没有寿命问题,色彩表现稳定。

• 缺点：

  • 工艺复杂：需要在基板上精确地“打印”或“涂布”红、绿两种量子点,工艺难度依然很高。
  • 成本较高：量子点材料和精密的涂布工艺都增加了成本。
  • 存在光老化问题：蓝光对量子点材料有一定影响，长期使用下可能导致色彩偏移或衰减，但通过材料改良和结构设计（如QD-OLED的顶部发光结构）已得到很大改善。

• 应用领域： 目前是高端显示市场的宠儿,代表了OLED技术的一个发展方向。

  • 高端电视（如三星的QD-OLED电视、LG的第三代W-OLED电视）
  • 高端显示器

OLED全彩显示技术的核心材料

OLED的性能（亮度、效率、寿命、色彩）直接取决于其核心的有机发光材料。

1. 发光层材料：

   • 荧光材料：早期技术，利用单重态激子发光，内量子效率理论极限为25%，成本低,但效率不高。
   • 磷光材料：革命性突破，可以利用单重态和三重态激子发光，内量子效率理论极限接近100%，这使得OLED的亮度和效率大幅提升，是目前主流技术，但红色和绿色磷光材料中含有的稀有金属（如Ir, Pt）成本较高。
   • 热活化延迟荧光材料：被称为第三代OLED材料，它不使用贵金属，通过热能将三重态激子“活化”成单重态激子来发光，同样能实现接近100%的内量子效率，被认为是未来降低成本、实现全色高性能OLED的关键方向。
   • 量子点材料：作为转换层,其发光纯度和效率直接决定了最终显示的色域和亮度。

2. 载流子传输材料：

   包括空穴传输层和电子传输层，它们的作用是像“高速公路”一样，分别将空穴和电子高效地运输到发光层并使其结合，这些材料需要具备良好的成膜性、热稳定性和电荷传输能力。

技术优缺点总结

应用领域

• 智能手机：OLED是高端手机的标配，带来了全面屏、屏下摄像头等创新形态。
• 电视：高端电视市场，OLED凭借其完美的黑色和HDR表现力,成为画质旗舰的代名词。
• 可穿戴设备：智能手表、手环等，柔性OLED是实现时尚、轻薄设计的理想选择。
• 车载显示：中控屏、仪表盘等，需要广视角、高对比度和柔性设计来适应复杂的车内环境。
• VR/AR设备：需要极高的像素密度（PPI）和极短的响应时间以消除眩晕感,OLED是当前最佳选择。
• 专业显示器：摄影、设计领域,对色彩准确性的要求极高。

未来发展趋势

1. 新材料开发：

   • TADF材料的成熟和商业化,将降低高性能OLED的成本。
   • 无重金属磷光材料和新型荧光材料的研发,将进一步提升效率和寿命。

2. 新结构设计：

   • 顶部发光结构（如QD-OLED）取代传统的底部发光,能显著提高开口率和亮度。
   • 串联式OLED：将多个发光单元串联,可以在低驱动电压下实现超高亮度。

3. 集成化与智能化：

   • LTPO（低温多晶氧化物）：结合了LTPS和Oxide TFT的优点，可以实现更智能的刷新率调节（1Hz-120Hz自适应）,极大节省功耗。
   • 屏下摄像头技术：通过像素排列和材料改良，将摄像头区域隐藏起来,实现真正的全面屏。

4. Micro LED与OLED的融合：

   • QD-OLED可以看作是OLED与Micro LED思路的一种结合（用微小的量子点像素代替传统RGB像素），OLED的驱动技术和Micro LED的微米级LED芯片可能会进一步融合,诞生出性能更强大的显示技术。

OLED全彩显示技术是一项精密而复杂的系统工程，它通过RGB像素法、WOLED+CF法和量子点色彩转换法这三大主流路径，在色彩、效率、成本和寿命之间不断寻求最佳平衡，随着新材料、新结构和新工艺的不断涌现，OLED技术正朝着更高性能、更低成本和更多形态的方向飞速发展,持续引领着显示技术的新浪潮。