收藏：透彻了解OLED技术

OLED历史

OLED结构

OLED结构衍变

OLED发光原理

HIL: 空穴注入层（Hole Inject Layer；HIL）

HTL: 空穴传输层（Hole Transport Layer；HTL）

EML: 发光层(Emitting Layer；EML)

ETL: 电子传输层（Electron Transport Layer；ETL）

EIL: 电子注入层（Electron Inject Layer；EIL）

OLED象素结构

OLED在显示器中的分类

底发射和顶发射

OLED全彩方式

三种彩色化方式比较

AMOLED&PMOLED

根据驱动方式不同：根据像素电路中是否采用薄膜晶体管TFT技术，可以把OLED 器件按驱动类型不同分为AMOLED（Active Matrix OLED，有源矩阵OLED）和PMOLED(PassiveMatrix OLED，无源矩阵OLED)，目前市场上OLED 产品主要以AMOLED 为主。

AMOLED 具有TFT 阵列，像素独立发光。AMOLED 可以独立地控制每个像素点的发光情况，从而像素点可以连续且独立发光，最终形成所需图像。

PMOLED 以扫描方式点亮阵列中的像素，每个像素都是操作在短脉冲模，两者的区别主要体现在以下几方面：

（1）结构不同，AMOLED 每个像素有多个薄膜晶体管和至少一个存储电容C5，PMOLED像素由阴极和阳极构成，行和列的交叉部分可以发光；

（2）驱动方式不同，AMOLED 静态驱动不受扫描电极数的限制，能对每个像素独立进行选择性调节，PMOLED 的多路动态驱动受扫描电极数的限制；

（3）AMOLED 可实现高亮度和高分辨率；

（4）AMOLED 可以实现高效率和低功耗；

（5）AMOLED 易于实现大面积显示；

（6）工艺成本不同，AMOLED 驱动电路藏于显示屏内，更易于实现集成度和小型化，由于工艺上已解决外围驱动电路与屏的连接问题，这在一定程度上提高了成品率和可靠性，而PMOLED 必须用COG 或者TAB 等进行外接驱动电路，使得器件体积增大和重量增加，实施工艺复杂。

PMOLED工艺流程

AMOLED流程

AMOLED 后段模组组装

OLED空穴注入（HIL）材料

OLED空穴传输(HTL)材料

OLED掺杂材料

OLED电子传输/发光层材料

电子传输材料：

电极材料

发光光谱

能量传递

发光效率

SM-OLED 与P-OLED

根据发光材料是否为高分子， OLED 分为小分子SM-OLED（有机小分子电致发光器件）和P-OLED（有机高分子电致发光器件）。

区别在于高分子材料不耐高温。体现在制造工艺上，小分子材料主要采用真空热蒸发工艺，其设备供应商以日系厂商为主；高分子材料由于不耐高温，因此主要采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺，设备供应商以欧美厂商为主。

当前小分子材料发展较早，技术已经达到商业化生产水平。高分子材料由于可采用旋涂、喷墨印刷等方法成膜，未来可极大降低显示器件生产成本，但当前该技术尚不成熟，POLED 产品的彩色化上仍有困难。

当前韩国三星和LG 研发技术较为成熟。三星主要采用“LTPS TFT 基板+RGB OLED”的技术路线，已经在中小尺寸OLED 面板上取得很大成功，是全球中小尺寸AM-OLED 面板的主要供应商。

LG Display 则采用“Oxide（氧化物）基板+ 白光OLED”的技术路线，在大尺寸OLED 面板的良率上实现突破，并于2013 年开始推广大尺寸OLED 电视。

OLED驱动方式

OLED蒸镀

AMOLED中道蒸镀与封装：

当前AMOLED 面板ITO 玻璃上有机发光层、空穴传输注入层、电子传输注入层与金属电极均通过蒸镀镀膜实现。

蒸镀的对位精度是工艺一大难点，目前依然存在良率不足与有机材料浪费等问题，是导致整个OLED 面板良率不足的关键，因而也是OLED 产线上最核心、最紧缺的设备之一。

此外，AMOLED 有机发光材料与金属电极极易受来自外界及内部材料所含水汽影响而受潮氧化。为了保证显示面板稳定性与寿命，需要在充满惰性气体环境中给蒸镀上发光层与电极的ITO 玻璃进行玻璃、金属、柔性聚合物、薄膜等盖板的封装，并在封装体中填充吸水材料。

OLED封装

传统封装

适合bottom-emi，但不适合top-emi,am or pm

设备、材料、工艺比较成熟

可靠性高,基板不需保护层

仅限基板为玻璃材质，背盖需要开槽

Frit 熔结

基板需要镀保护膜

基板与背盖之间通过玻璃框胶熔结

背盖可以不开槽

适合bottom，top,am or pm

防透氧透水性好

工艺较简单，对密封材料依赖度大

基板和背盖之间密闭空腔，只适合中小尺寸屏

结构刚性太强和tacktime时间长等需要确认

DAM&FILL

基板需要镀保护膜

基板与背盖之间完全填充uv胶材料

使用透明填充物

背盖不需开槽

适合bottom，top,am or pm

无空腔，抗机械强度高，可应用touch panel

产品可在低压状态下工作

透氧透水性有待检验

复合薄膜

无背盖，薄（封装层厚度3um），可做轻薄显示

柔性好，可做柔性显示

透过率高，无密闭空腔，可顶发光，低压环境工作

膜层材料稳定性好，使用时间长

基片需要做保护层

膜层抗机械强度低

设备投资较大，tactime长，需要多组成膜设备

材料（有机膜层）需要特供

Getter 涂布

适合bottom，top也可以用，am or pm

Getter 涂布后需要500度左右高温烧结

Ca膜树脂涂布

Ca 膜+树脂，涂布在背盖上

膜层透明

背盖不需开槽

基板需要镀保护层

适合bottom，top,am or pm

Film 贴附

类似贴膏药贴住镀膜区，再固化

封装效果完全依赖贴附材料

工艺步骤/设备布局

AMOLED基本原理

i.发光原理

OLED的发光原理是：两片玻璃之间夹有阴极、阳极电极以及电子传输层、空穴传输层和发光层，在有偏压的情况下，从阴极注入电子,从阳极注入空穴,被注入的电子和空穴在有机层内传输。被注入的电子和空穴在有机层内传输（以碰撞波的形式传输）,并在发光层内复合,从而激发发光层分子产生单态激子,单态激子辐射衰减而发光。

ii.驱动方式

OLED驱动方式分为被动式（PMOLED）以及主动式（AMOLED）两种，其中PMOLED结构简单，每个像素由独立的阴极与阳极控制，不需要额外的驱动电路，但过多的控制线路制约了其在大画面高解析中的应用；AMOLED阴极为整面电极，通过驱动电路驱动阳极发光，大幅度减少了控制线路的数量，使其拥有低耗电，高解析，快响应等特色，AMOLED也因此逐渐成为OLED显示器的主流。

为实现高解析度AMOLED，驱动电路的尺寸越来越小，但对电学性能的要求也越来越高，传统的非晶硅（Amorphous Silicon，A-Si）技术已经难以满足要求，而低温多晶硅（Low Temperature Poly Silicon，LTPS）技术的出现解决了这一问题，其核心在于通过准分子激光退火将非晶硅转化为多晶硅，多晶硅拥有更高的载流子迁移率、更低的缺陷密度，使器件在小尺寸下仍能够拥有更好的电学性能。

AMOLED器件结构

LTPS-AMOLED的与LCD的结构在驱动电路的结构基本相同，但由于AMOLED是自发光结构，不需要背光源，因此体积更轻薄。同时，也由于自发光的特性，使得暗画面下的功耗远低于LCD的背光恒定功耗，使AMOLED显示面板拥有节能的特性。

AMOLED也拥有底发光与顶发光两种结构。顶发光结构中，光线不会受到驱动电路的遮挡，相比底发光结构拥有更高的开口率，从而在高解析度的应用中具有更大的优势，因此逐渐成为了AMOLED的主流。

AMOLED底发光与顶发光结构

LCD、刚性AMOLED及柔性结构对比

柔性AMOLED触控方案推测

在柔性面板中，可分为“可弯折（Bendable）”、“可折叠（Foldable）”和“可弯曲（Rollable）”三个境界。

由于AMOLED柔性屏不能使用玻璃作为基板与封装材料导致触控方案发生了改变。可弯折状态是柔性屏最容易实现的状态，显示屏幕是按固定的角度弯曲，比如三星的S6Edge 和S7 Edge两款手机；而可折叠和可弯曲的屏幕可以在一个面和任意面上随意弯曲，所以这两种形式的柔性面板将对显示屏的制造工艺和材料提出新的要求，其中就包括对于触控技术方案的重新选择。

传统基于LCD屏的触控技术面对的基板材料、封装材料和整体多层发光器件的制程难度等方面皆与AMOLED柔屏有较大差异，所以AMOLED柔屏的触控技术不会简单复制传统的方式，而是需要基于薄膜材料的触控方案。

On-cell：

由于AMOLED柔屏中的发光器件采用的是薄膜封装，触控感应电极无法像玻璃封装时那般，先在玻璃上镀膜后再拿回来封装，而是需要把感应电极一次性全部蒸镀在发光器件之前，这将再次增加良率的挑战性。而且蒸镀、蚀刻等工艺流程也会损害封装薄膜。

故目前对于AMOLED柔屏而言，On-cell很有可能不是一项备选方案。

“可弯折”柔屏：

虽然器件基板和封装材料换成了柔性材料，但是最上方的盖板还是选用了3D玻璃。

但如果采用GG方案，需要另一片3D感应层玻璃用以蒸镀触控感应电极，这无疑增加了技术难度；而OGS方案需要将触控感觉电极直接蒸镀与盖板玻璃内侧，由于固定曲面3D玻璃已经进行的热处理，存在易碎的问题，如果再在此之上进行蒸镀之类的热加工，会恶化其脆度。

故具有柔性的感应薄膜GF是该类屏幕较适合的触控技术解决方案。

“可折叠”和“可弯曲”柔屏：

需要折叠和弯曲的特性把跟玻璃相关的GG/OGS方案排除在外。同时由于最外层的玻璃盖板需换成柔性保护盖板，GF方案也将不复存在，但这一层触控感应薄膜需要继续留用，以配合柔性显示。

AMOLED硬屏与柔屏的触控技术方案比较

OLED产业链上下游厂商

OLED产业链的上下游主要包括：

上游的设备、材料、零组件厂商、中游的面板厂商以及下游的终端厂商

1

设备

包括TFT制造的显影/蚀刻设备、镀膜设备、封装设备和检测设备

2

材料

主要包括ITO导电玻璃、偏光片、滤光片、有机材料（发光材料，传输层材料等）、封合胶等

3

零件组

主要包括驱动IC、电路板、被动元器件等

4

面板厂商

主要是利用设备和材料在一定工艺基础上完成面板制作

OLED生产设备展示

OLED技术替代对各环节的影响

根据OLED器件结构和制造工艺的变化，OLED显示在替代LCD显示的过程中，产业链环节受影响程度可以分成三类：

1

需求减少

液晶、LED背光不需要，散射膜、增亮膜、滤光片、偏光片需求减少

2

技术更新

驱动IC（电压驱动→电流驱动），TFT背板（a-Si，Oxide→LTPS），基板（刚性材料→柔性材料），封装设备

3

新增需求

发光材料（主体材料，客体材料），传输层材料，镀膜等设备。

上游设备

蒸镀、封装、蚀刻等尖端设备

上游的设备主要有蚀刻、蒸镀、封装

1

蚀刻

是沉积薄膜前需要对电导性好、透射率高的导电ITO玻璃做预处理的阶段。

ITO作为电极需要特定的形状、尺寸和图案以满足器件设计需求进行蚀刻腐蚀。蚀刻掉部分ITO也是为防止后续测试性能参数时阴极与阳极短路。

5

蒸镀

是大部分有机小分子薄膜、金属或合金薄膜制备的设备。蒸镀过程中有机小分子在真空下通过加热升华后，脱离材料表面，运动ITO玻璃基片表面冷却沉积成一层薄膜。

蒸镀过程对真空条件要求较高，真空条件越好，成膜质量越高，一般需要2-3级进行抽真空，在达到10-4Pa以下开始蒸镀，10-5Pa数量级后开始沉积。

3

封装

是面板生产的重要环节，OLED的多数有机材料对水氧分子敏感，氧气、水分子、灰尘等接触电极和有机功能层，都会导致OLED器件老化加速、稳定性降低等其他功能特性。

OLED的使用寿命达到10000h是基本要求，氧气和水汽的透过率要分别小于10-3cm3/m2/day和10-6g/m2/day，相比LCD的0.1cm3/m2/ day和0.1g/m2/ day而言，OLED封装的严密性要求更高。

主要设备供给商中主要是欧美日韩公司，中国大陆当前没有能力生产OLED上游设备。

OLED生产设备展示

资料来源：公司官网，华创证券

OLED主要设备生产商

OLED显示基础及产业化》，华创证券

三星、LG OLED设备供应商

《OLED显示基础及产业化》，华创证券

核心材料

OLED材料的性能极大地影响OLED器件的性能。并且在功能上，OLED材料相当于LCD终端“LED背光+滤光片+偏光片+液晶等”，这也是OLED更为轻薄的主要原因。

LCD VS OLED

DISPLAY research，华创证券

OLED中有机材料成本占比大幅提升，带来巨大的新增需求。我们通过产业链调研，发现在BOM表中，OLED有机材料成本占比由LCD中的4%提升到20-30%。而OLED的有机材料主要有发光层材料和传输层材料，因此发光层材料和传输层材料需求将大幅增加，在OLED产业链中最为受益。

LCD&OLED屏物成本构成

OLED材料供应链

OLED材料层的形成需要经过三大环节，首先是OLED材料的中间体或者单体粗品；然后进一步合成或升华成单体，再由面板的生产企业将多种单体蒸镀到基板上，形成OLED材料层。

从OLED材料供应链的角度来看，中国相关的企业主要供应OLED材料的中间体和单体粗品；而升华材料的核心是专利，具有较高的壁垒，主要由韩日德美企业垄断；面板产商则主要是韩国企业（三星、LG），中日企业也在发力布局。

OLED发光层材料和传输层材料供应链

三星及LG主要材料供应商

资料来源：IHS，华创证券

驱动背板

AMOLED是主流，PMOLED适用细分领域

OLED按照不同的驱动方式分为主动式和被动式(AMOLED和PMOLED)，目前AMOLED的运用占据市场主导，主要原因是：

AMOLED可用于驱动高精细、高画质、大尺寸显示器。有源驱动无占空比问题，驱动不受扫描电极数的限制；可以对亮度的红色和蓝色像素独立进行灰度调节驱动，这更有利于OLED彩色化实现。

PMOLED适用于驱动制作流程简单、画质较.差的低分辨率、小尺寸显示器。实际电路驱动的过程中，要逐行点亮或者要逐列点亮像素，通常采用逐行扫描的方式。电极的公用可能形成交叉效应，并且两个发光像素之间就可能有相互串扰的现象。

AMOLED和PMOLED性能对比

中国产业信息网、华创证券

当前市场PMOLED只在部分领域运用，在全球显示领域的份额占比在1-3%，且份额没有较大的变化；AMOLED的市场份额呈现增长的趋势，预计到2016年将有14.2%的市场占比，未来成为主流显示技术。

LTPS是最佳路线

a-Si将逐渐被淘汰、金属氧化物属于过渡性产品、LTPS是最佳路线

TFT技术根据不同的材料分为非晶硅TFT(a-Si TFT)、氧化物TFT(oxide TFT)、低温多晶硅TFT(LTPS TFT)、有机TFT(OTFT)，不同的TFT技术具有不同的优势。

三种技术中LTPS最能满足AMOLED对TFT性能稳定性和载流子迁移率的要求，LTPS材质更能降低功耗、提高响应速度、适用高分辨率显示器件。在VR显示设备上，LTPS的性能更突出。

三种TFT技术的对比

资料来源：华创证券

驱动IC

电流驱动 vs 电压驱动

OLED的驱动方式除了主动式和被动式还可以分为电压驱动、电流驱动。进一步也可区分为脉冲幅度/宽度驱动、子帧驱动。主动寻址一般为PAM驱动，被动寻址主要为PWM驱动。

电压驱动是将图像数字信号转变为模拟电压输出，具有电路结构简单的特点；电流驱动是将图像数字信号转变为模拟电流输出，需要高精度的电流源，驱动电路较复杂。

电流驱动的OLED其亮度与电流量成正比，除了进行ON/OFF切换动作的选址TFT之外，还需要能让足够电流通过的导通阻抗较低的小型驱动TFT。

芯片设计与持续配套研发是关键

电子产品利润和设计构成，集成电路设计的难度和利润都高于整机提供商，很多国外IC设计公司进入一个产品基本要求毛利润在50%以上。

我国当前在集成电路层面相比其他产业还是属于短板行业，在国家政策的支持下现状将很快出现转机。IC产业是产业升级的一个重要方向，国家成立集成电路产业投资基金（大基金）对IC产业进行扶持。

在IC产业中，IC设计又是技术含金量最高的环节，占有最重要的战略位置。在政策和资金的支持下，芯片的设计能力和持续配套研发让国产驱动IC在变局中有望获得机遇。

AMOLED驱动关键技术

AMOLED驱动技术主要有四个关键技术：像素驱动、栅级驱动、源级驱动、驱动补偿四个部分。新的驱动IC和LCD驱动IC存在一定的变化。

AMOLED像素驱动电路为模数混合电路的特点，使得原本驱动LCD无关紧要的TFT性能成为驱动AMOLED的关键问题，需要对AMOLED驱动电路进行补偿，改善画质。

栅源驱动电路等集成在玻璃基板上后，原本由半导体企业需要解决的问题转移给面板企业。

面板

蒸镀vs印刷

OLED制备过程中的成膜技术主要有真空蒸镀和喷墨打印、激光转印、丝网印刷、旋涂法等，目前主流技术为蒸镀法，最近包括三星、LG在内多家厂商开始攻坚印刷法。

1

真空蒸镀

在真空腔内，通过各种加热方法，将固体有机材料蒸发成分子，撞击在基板上凝结，形成一层几十纳米厚的OLED发光层。蒸镀工艺对真空环境，对基片平整度和清洁度要求较高，而且随着尺寸的增长，良品率会显著下降，这也是为什么三星会推出OLED电视的竞争。

蒸镀设备技术主要掌握在日韩企业，国内OLED面板企业产业化受到技术限制。

2

喷墨打印

将发光材料溶液，精准喷入基板隔槽内，再进行干燥处理，蒸发溶剂，最后形成一层发光层。喷墨打印是一种非接触、无压力、无印版的印刷技术，可以在不同材质、机械强度的介质上成像（可以在曲面上成像）；

减少材料浪费，可不受基片尺寸限制，实现大面积器件制备。喷墨打印的特点推动了OLED产业化。然而这种技术同样受到发光材料寿命的限制，且干燥步骤也有可能降低良品率。

真空蒸镀、激光转印、喷墨打印、白光+CF 四种工艺对比

资料来源：谷歌，华创证券

LTPS、蒸镀和封装工艺最核心

传统的TFT LCD和AMOLED在关键材料和关键设备都是大不相同的。TFT LCD主要是背光源、偏光片、液晶材料、CF等；

AMOLED需要的材料更少，主要就是有机发光材料。设备上，TFT LCD需要TFT 设备、液晶灌封设备等；AMOLED的关键生产设备为 LTPS TFT、真空蒸镀和封装。

1

有机成膜技术（蒸镀）

OLED有机成膜的厚度非常薄，相当于头发直径的百分之一（载流子注入层的厚度不到2nm），子像素薄膜又极其精细，长宽约数十微米，并要求能大面积、较均匀、无针孔地制作多层，具有很大的技术难度。

2

器件封装技术

OLED在水氧条件下会发生不可逆光氧化反应，且对OLED材料有侵蚀作用。封装的水氧渗透率要求比LCD高5个量级，这是区别于传统封装技术的第二个难题。

3

TFT技术（主要是LTPS）

AMOLED属于电流驱动，要求TFT的具有极高的载流子迁移率。这是AMOLED TFT技术区别于传统LCD电压驱动带来的新的技术难题。