OLED顯示器件在車載應用上的機遇和挑戰(zhàn)

莊筱磊，黃偉，劉春平，丁文斌，章孝淼，張彧

（延鋒偉世通汽車電子有限公司，上海 200233）

OLED顯示器件在車載應用上的機遇和挑戰(zhàn)

莊筱磊，黃偉，劉春平，丁文斌，章孝淼，張彧

（延鋒偉世通汽車電子有限公司，上海 200233）

近來隨著有機電致發(fā)光顯示器(OLED)技術(shù)的廣泛研究以及在工業(yè)、家電、消費電子等商用化應用的不斷深入，OLED也開始拓展車載應用市場。車載應用面臨著比消費電子應用更嚴苛的要求，這促使OLED的研發(fā)和生產(chǎn)需要優(yōu)化和改善來迎合車載應用的需求，而越來越多高新技術(shù)的運用也向OLED和FOLED以及 TOLED打開了機會的大門。

OLED；車載顯示；人機互動；TOLED；FOLED

CLC NO.:U463.6Document Code:BArticle ID:1671-7988(2015)07-147-04

引言

自上世紀80年代華裔科學家C.W. Tang等首次制成有機電致發(fā)光顯示器（OLED）[1]以來，OLED的發(fā)展歷程與當時的液晶顯示器類似，由最初的小尺寸的數(shù)碼相機顯示屏，單色、全彩Mp3和手機顯示屏等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品，到如今市場上中尺寸的平板電腦和大尺寸的電視機應用，OLED因其輕薄，體積小，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)異的性能[2]被市場接受，得到了消費者的認可，柔性OLED（FOLED）和透明OLED（TOLED）所具有獨特的優(yōu)勢，被認為是顯示器的應用的未來方向。然而OLED制造成本高、生產(chǎn)良率較低等問題，成為目前阻礙OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。

近年來，中國巨大的潛在汽車市場，吸引了全球眾多知名汽車廠商的目光， OLED也在努力開拓汽車車載應用的市場，除了顯示器，OLED照明也已經(jīng)應用到了汽車照明和車內(nèi)背光應用，而我們這里討論的是OLED作為顯示器在汽車車載上的應用，特別是研究進入車載應用前裝市場所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

1、OLED在車載應用中的機遇

1.1 OLED顯示在車載應用的前景

從最早作為LED數(shù)碼管的時鐘顯示到之后在北美市場上大受歡迎的汽車收音機上的VFD（真空熒光顯示器），由于功耗大、難以顯示全彩化和高解析度顯示而受到極大限制，同時隨著LCD液晶顯示技術(shù)的興起，逐步替代了其他顯示器件，成為車載顯示應用上的首選。

在不斷增長的汽車市場和消費者購車習慣轉(zhuǎn)變的推動下，汽車制造商越來越趨向于應用更多的汽車電子來增加新的舒適功能，吸引消費者的眼球。對于車載信息娛樂應用，目前各個整車廠都投入研發(fā)應用，來應對智能手機、平板電腦等手持移動終端的挑戰(zhàn)，汽車正在集成越來越復雜的功能，擁有更多的人機交互、更直觀的駕駛輔助體驗、更多的媒體影音娛樂項目以及智能車機技術(shù)等，同時也迎合了消費群體年輕化及個性化的趨勢。被譽為下一代的新型的顯示器件的OLED由于其自發(fā)光顯示的特點[3]，無需背光源，功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，厚度薄，重量也輕；而且其固態(tài)結(jié)構(gòu)，因此抗震性能更好；可視角度接近這些優(yōu)勢與當前汽車電子的安全，娛樂和節(jié)能的發(fā)展方向契合，成為OLED顯示在車載領域應用上的動力[4]。

據(jù)DisplaySearch發(fā)布了的最新平板顯示市場報告中顯示，2013年整體OLED市場總額為103億美金，2014年的市場總額為98億美金，出現(xiàn)了負增長現(xiàn)象。2014年OLED電視面板市場2014年的5億美金。2013年手機OLED面板市場在整體OLED市場中以96.7%的比重、99億美元的市場總額達到頂峰，而2014年，手機市場占比降至85%，影響到了OLED的市場整體表現(xiàn)。與此同時，預計2015年智能手表等可穿戴產(chǎn)品所搭載的柔性OLED面板市場總額將達到7億美金，相比2014年的2億美金，增長3倍以上。

過去兩年，全球車載顯示市場每年增長三成；未來幾年，每年增長還會超過三成。隨著全球汽車銷量的增長，車載顯示應用的需求也將持續(xù)放大，車載顯示市場將成為全球面板廠商激烈競爭的又一個主戰(zhàn)場，也將迎來快速增長期。OLED進入車載應用市場也成為支撐整個OLED顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個不可忽視的增長點。

1 .2 OLED在車載應用上突破點

2014紐約車展，亮相的路虎概念車Vision加持了諸多新鮮技術(shù)，其中最備受矚目的莫過于“透明發(fā)動機蓋”。不是真的像字面表述的那樣，將發(fā)動機蓋透明化。（見圖1，圖2）

而是運用了前置攝像頭和HUD呈像技術(shù)將車頭遮擋住的“裙底世界”映射到前風擋玻璃上，將巨大的風擋變成一塊高清顯示屏，通過呈像技術(shù)可以讓我們看到了視野盲區(qū)的部分，讓駕駛員有了更多的信心。

路虎還將目前的抬頭顯示技術(shù)HUD擴大到整個前風擋玻璃上。顯示內(nèi)容也不再局限于車速，轉(zhuǎn)速等信息，還增加前方車輛的車況資料，行車距離，以及自己的行車虛擬路線等行車安全信息，駕駛員在安全行駛的前提下，還能對未來的交通狀況進行準確判斷，合理安排好路線，應對突發(fā)狀況也不至于手忙腳亂。2014年底，捷豹路虎正式發(fā)布了360 Virtual Urban Windscreen（360度城市虛擬風擋）技術(shù)，該技術(shù)不僅風擋玻璃上顯示多種信息，此外還能通過投影使汽車A柱等盲區(qū)部分變“透明”（見圖4），

實際上A柱在車內(nèi)部是顯示屏，而車位安放了攝像頭，通過將攝像頭畫面?zhèn)鬏數(shù)紸柱顯示屏上，最終實現(xiàn)了A柱部分的“透明”化。從而讓駕駛員擁有更直觀的視線，避免事故的發(fā)生。

以上所提及的概念的以及未來技術(shù)的導向，正是柔性OLED[5]的優(yōu)勢，可以為車機系統(tǒng)以及汽車內(nèi)飾設計提供了更為“靈活”的選擇和應用，除了能夠和汽車內(nèi)設實現(xiàn)無縫拼接，還可以讓駕駛者更加方便的看到駕駛信息，避免分散駕駛者的注意力，以減少交通事故的發(fā)生；透明OLED還可以附在前擋風玻璃上，不加電時，如同玻璃一般有著較高的透過率，需要加電點亮時，可以為駕駛員在前擋位置提供相應的信息，而無需低頭觀察儀表等，能夠滿足安全與娛樂的結(jié)合，這又為OLED的市場開拓和車載應用找到了新的切入點。

1.2.1 柔性OLED

可實現(xiàn)柔性顯示是在目前所有已經(jīng)應用和正在開發(fā)的顯示器中，OLED具有的獨特性能。這種柔性顯示的應用，可以制成可卷曲的電子報刊、窗簾電視、服裝服飾等產(chǎn)品，將大大拓展顯示產(chǎn)品的應用領域,并改變?nèi)藗儗︼@示器的傳統(tǒng)觀念。將OLED器件中的ITO玻璃基材改為具有良好的柔韌性和透光性的塑料基片（PET基片）、以及非常薄的玻璃基片，這些材料使得OLED能夠彎曲，制成可彎折一定角度的柔性OLED。由于襯底的柔韌性很好，因而FOLED器件一般不易破損，更耐沖擊，與普通玻璃襯底的器件相比更加耐用，但FOLED所采用的柔性基底會有些潛在影響的問題，F(xiàn)OLED所采用的柔性基底平整性較差，由于生產(chǎn)過程中各鍍層的厚度都在um級別，基底材料上的不平整會導致FOLED器件的短路造成不良。車載顯示對于顯示產(chǎn)品的溫度要求有較嚴苛，夏季太陽暴曬下，車內(nèi)溫度會達到85度甚至更高，這對于FOLED的可靠性是一個巨大的挑戰(zhàn)。

1.2.2 透明OLED

常見的OLED顯示器采用透明導電的ITO玻璃作為陽極，金屬作為陰極，而應用透明的陰極就可以實現(xiàn)透明OLED顯示器件[5]。透明OLED可以在后視鏡鏡片、車窗上，抬頭顯示以及儀表上應用實現(xiàn)多內(nèi)容的顯示。在通電的狀態(tài)下發(fā)光，反之為透明。透明TFT和表明發(fā)射的結(jié)構(gòu)的TFT也使得主動FOLED的器件得以實現(xiàn)[6]。

柔性和透明OLED作為輕薄的，節(jié)能的顯示器件，如能夠再做好安全方面的考量，應該可以在車載應用找到自己的突破口。

2、OLED在車載應用中的挑戰(zhàn)

OLED做為車載后來者，不僅達到了技術(shù)規(guī)范上達到了要求，而且有些方面還遠遠超越了；能夠做到色彩顏色更純，色域更廣，能展現(xiàn)優(yōu)越的色彩表現(xiàn)力；OLED通過IC輸出電流變化，使得施加在有機材料上的空穴載流子傳輸速度來控制亮暗變化，微秒級的瞬時實現(xiàn)所見即所得，而LCD的像素的轉(zhuǎn)換，需要通過IC輸出電壓變化，來使得其液晶的分子進行翻轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)像素點的變化，一般響應時間超過10ms；OLED由于是固態(tài)有機材料的發(fā)光，能夠最大程度的實現(xiàn)無閃爍；OLED具有接近180度廣視角；能夠自發(fā)光的OLED屏可以完全關(guān)閉單個像素的亮光，其對比度輕松超過100000:1，足夠大的對比度范圍，能夠同時表現(xiàn)極暗極亮的常見情景，如在陽光直射下的車內(nèi)仍可以清晰顯示內(nèi)容，不會影響駕駛員與乘客的視覺體驗；

然而車載應用的顯示器項目不同于其他消費電子和工業(yè)應用的項目，同時車載項目對于顯示應用又有下面幾方面的要求:

2.1 環(huán)境應用要求

車載應用所要面對的環(huán)境要求非常復雜和苛刻，能夠適應工作溫度、濕度和操作電壓的大范圍波動，在振動沖擊及車內(nèi)電磁干擾的條件下仍能正常工作。車載顯示應用的要求其儲存溫度和操作溫度從零下-30～85度，對自發(fā)光的顯示器件OLED來說，能夠滿足這樣的高低溫的要求。而且其響應速度等并不會隨著溫度變化而變化，都要能保持在0.2ms左右，這也是OLED相比LCD的優(yōu)勢之一。作為固態(tài)顯示器的OLED由于其內(nèi)不含液晶材料在抗震性上也略勝一籌，因此OLED的設計開發(fā)階段就要開始考慮到汽車上的電氣干擾的問題，以保證產(chǎn)品可以達EMC的要求，也滿足到EMI的標準；能夠經(jīng)受高溫的測試，更長時間溫度的循環(huán)；更長的濕度符合壽命，ESD要求，以及更大的彎曲強度實驗等，能夠達到車載顯示的規(guī)范。

2.2 質(zhì)量控制

車載顯示對質(zhì)量的要求較高，對于顯示器件不能超過100PPM，一般都會要求供應商建立車載專用的組裝和檢測生產(chǎn)線或區(qū)域，專人專崗的生產(chǎn)保證產(chǎn)品的質(zhì)量；采用TS體系的管理方法且相應關(guān)鍵的規(guī)格參數(shù)需進行SPC統(tǒng)計且滿足Cpk的要求；需要比一般電子產(chǎn)品更嚴苛的檢驗，自動AOI的檢測以及人工200%的功能檢查，100%進行老化工藝，以期達到零缺陷的質(zhì)量目標。然而相比于LCD，OLED的制造工藝簡單了許多，除了前道基板光刻，TFT的類似，但是沒有了背光組裝的工序，也相應的減少了這些工位的配置和對應的檢驗工位的資源投入，同時其工序的直通率會較LCD，相對來說會高些，但是如果其每個工位的效率不能得到保證的話，OLED的良品率成為競爭的短板，也會影響整個生產(chǎn)成本。

此外，車載應用對于質(zhì)量保證有著近乎苛刻的要求，一旦組裝現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品，作為OLED顯示器的供應商必須盡快做出對應的抑制措施并針對不良原因進行針對性的改進處理措施，同時需要承擔由于不合格產(chǎn)品直接或者間接的合理的成本。包括檢驗、測試、返工，挑選和報廢不合格產(chǎn)品所發(fā)生的費用，出現(xiàn)嚴重質(zhì)量、安全問題必須承擔車輛召回涉及的相關(guān)費用。

3、結(jié)論

綜上所述，OLED在車載應用所面臨挑戰(zhàn)的對手與同為手機，平板顯示和電視領域的LCD，雖然能夠在技術(shù)能力上達到并超越LCD的規(guī)范，但是其劣勢也極為明顯，目前由于OLED產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不大導致相關(guān)配套的設備，材料等問題導致的成本過大，以及生產(chǎn)效率較低，成為阻礙其發(fā)展的關(guān)鍵點，雖然能夠憑借車載項目周期長，需求量穩(wěn)定，成本壓力較小等特點縮短與LCD競爭的劣勢，但是如果不能提高OLED的質(zhì)量和可靠性，將會在車載應用上折戟。同時，需要密切關(guān)注車載應用的未來技術(shù)趨勢，并利用FOLED和TOLED獨有的柔性顯示和透明顯示的優(yōu)勢，有望彎道超車，成為的車載顯示領域上的領跑者，滿足并超越汽車電子應用對于安全、娛樂、節(jié)能要求，成為引領人機交互和智能車機技術(shù)的重要選擇。

[1] C. W. Tang and S. A. Van Slyke.Organic electroluminescent diodes, Appl. Phys. Lett.,1987,51(12),913-915.

[2] 李文連等.有機電致發(fā)光的效率, 液晶與顯示，第 16 卷 第 2 期 2001 ( 6 ),120 .

[3] 應根裕,胡文波,邱勇.平板顯示技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社, 2002. 357-359.

[4] 陳金鑫,黃孝文.OLED有機電激發(fā)光材料與元件[M].五南出 版社, 2005.

[5] 徐征, 宋丹丹, 趙謖玲等. OLED、柔性、透明化顯示技術(shù)及有機發(fā)光材料的發(fā)展和挑戰(zhàn)[J]. 現(xiàn)代顯示, 2009, (6):5-10.

[6] 梁田靜, 張方輝, 丁磊. 多層氧化物復合陰極透明OLED器件[J].液晶與顯示, 2012, 27(1):43-46.

The opportunities and challenges of the OLED in automotive applications

Zhuang Xiaolei, Huang Wei, Liu Chunping, Ding Wenbin, Zhang Xiaomiao, Zhang Yu
( Yanfeng Visteon Automotive Electronics Co., Ltd., Shanghai 200233 )

When theOLED display is widely researched and used in the industry, home appliances,consumer electronics and other commercial applications,OLED also begins to expand the automotive application market.The R&D and production of OLED need to be optimized and improved to meet the more stringent needs of the car application comparing with the commercial applications. OLED,especial for FOLED and TOLED will have the more opportunity in car application when the more and more high-tech application will be used in the car in the future.

OLED; Vehicle display; man-machine interaction; TOLED; FOLED

U463.6

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1671-7988(2015)07-147-04

莊筱磊，工程師，就職于延鋒偉世通汽車電子有限公司，研究方向為光電子方面。