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OLED浪潮及其它激动人心的发展趋势

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发表时间:2021-07-01 16:04

自从平板电脑在20世纪90年代初期采用LCD技术后,现代显示行业开始蓬勃发展。采用LCD技术的产品轻薄便携,当时的CRT技术难以望其项背。在接下来的二十年里,LCD在笔记本电脑和其它小众设备中一统天下,在电视机和显示器中取代了CRT,并在智能手机等新型设备上得到了广泛应用。而今,我们正处于又一次显示技术更迭的初期,新兴的OLED显示技术正在消费终端领域逐步取代LCD的地位。其它一些值得深入研究的技术也纷纷涌现,包括迷你LED、微型LED和微型OLED。这几个名称很相似,也很容易混淆,但无论从它们的优势和有待解决的问题,还是应用范围和所处发展阶段来看,它们都是截然不同的几种技术。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202106/426570.htm

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OLED浪潮

OLED对比度高、色域广、画质非常出色,并且柔性佳、可折叠。OLED已在智能手机行业中广泛应用(今年的渗透率约为40%,并且处于快速增长阶段)。未来几年,OLED在笔记本电脑、平板和显示器等大尺寸设备中的应用也将会持续增长。

这股“OLED浪潮”正在改变显示产业。时至今日,所有新建的智能手机面板产线都是OLED的,很快将会有面板厂商投资上马大尺寸的OLED产线。这对于应用材料公司等企业而言是发展的良机,因为从工厂设备投资角度而言,OLED生产线所需的投建资金规模远远高于LCD生产线。

我们认为,OLED将在未来十年独领风骚,拉动整个显示行业(见图1)。

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图1 显示行业的技术革新浪潮

迷你LED

迷你LED是LCD技术的升级版,是LCD面板厂商为缩小LCD和OLED性能差异而做的努力。迷你LED技术是在LCD背光面板上安装非常小的LED(100-1000微米)阵列,从而更好的控制像素光照(见图2)。与传统的LCD相比,迷你LED背光利用多区域的局部调光提供更出色的明暗对比度,这在一定程度上缩小了与OLED面板在对比度上的性能差距。迷你LED技术面临的最大挑战是如何平衡成本与收益。为了实现接近OLED的高对比度,迷你LED LCD屏幕需要在原有的驱动LCD像素的主背板之外,增加超过一万个芯片和有源矩阵背板,才可实现性能优异的背光。迷你LED LCD比传统LCD显示效果好,但仍无法与OLED媲美,而且目前来看成本与OLED几乎相同。迷你LED LCD在其它方面相较OLED仍存在差距,比如色域较窄、反应较慢、外形较厚等。

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图2 迷你LED LCD是在LCD面板的背板上加装非常小的LED形成阵列,为像素提供光照

微型LED

迷你LED不过是改善了LCD背光,而微型LED却是一种自发光显示技术(和OLED一样)。微型LED所使用的LED尺寸小于50-100微米,每个LED都是一个独立的红、绿和蓝色子像素(见图3)。微型LED技术在所有性能方面都可以媲美甚至超越OLED和LCD。它既有OLED高画质和轻薄的优势,又经久耐用。其亮度高于LCD和OLED,但能耗很低。微型LED确实是显示技术的“终极梦想”。

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图3 微型LED是一种自发光显示技术,采用该技术的显示屏直接在每个像素背后安装尺寸小于100微米的LED

但是微型LED有一个致命缺陷——或者说是两个相互关联的缺陷,那就是可制造性和成本。“拾取放置”步骤就是生产过程中存在巨大挑战的一个例子。把微型LED放到像素预定位置相当困难。4K显示器大约有2400万个子像素,而8K显示器则有1亿个。在生产微型LED的过程中,要从基板上将上千万个亚微米级的LED取下,然后精确地放进指定的子像素,并实现良好的电子连接。这种“拾取放置”步骤非常影响最终良品率。这一工序所需达到的精细度就如同使用机械臂来授粉。如今有很多“拾取放置”技术都在开发过程中,但没有一种可以满足主流显示消费产品对生产率和良品率的要求。然后就是成本问题了。由于生产难度高,加以上千万个LED芯片本身高昂的成本,对主流应用而言微型LED实在过于昂贵。要知道,如今市面上采用微型LED面板的电视机,售价远高于10万美元。即使是要进入最高端的消费电视市场,也至少需要将成本缩减至百分之一以下。

由于成本和制造方面的困难,我们认为至少在未来几年里,微型LED的应用将仅限于增强现实(AR)、可穿戴设备和非常高端的公共信息显示领域。但是随着技术的不断创新和改善,微型LED技术可能会在2030年后在主流消费产品上与OLED相匹敌。期待那一天早日到来!

微型OLED

微型OLED是面板行业另一种新兴的技术。微型OLED的分辨率极高(像素密度超过1000ppi),可以在近眼式显示设备中使用,例如虚拟现实和增强现实设备(VR/AR)。微型OLED所使用的前板与白光OLED(WOLED)电视面板的很相似(将OLED材料蒸镀到基板上,其发出的白光透过滤光片产生红光、绿光和蓝光)。但是为了实现高分辨率和微小像素,背板采用了基于半导体技术的硅晶圆(见图4)。微型OLED在工艺和成本上属于可行技术,但它的应用将局限在小型近眼式或者投影显示领域,我们认为它无法撼动常规OLED在主流产品上应用的大趋势。

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图4 微型OLED所使用的前板与目前白光OLED(WOLED)电视面板的前板很相似;为实现高分辨率和小像素,背板材料为硅晶圆

结语

LCD在显示领域独占江山近30年。由OLED带来的下一波技术变革已经悄然临近,其将在未来十年驱动新一轮的建厂投资。虽然OLED将主导下一波技术变革,但也会有其它的技术参与竞争。对应用材料公司而言,所有的技术革新都是企业发展的良机。OLED生产线的设备投资规模大约是传统LCD的两倍,这会大大开拓我们在背板和前板方面的商机。迷你LED需要增加一块背光背板,这样会增加设备的加工步骤。微型LED则需要在晶粒制造和高端背板方面进行更多的创新,这将给我们在前板的显示和半导体领域创造极好的机会。以小众市场为目标的微型OLED也会给应用材料公司的显示和芯片技术提供机会。

我们认为,显示行业未来十年前景光明,以后还会出现颠覆性更强的新技术。我们将携手客户、同业者和合作伙伴,为消费者创造更具动感、更为惊艳的视觉体验。


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