显示技术:OLED浪潮及其它激动人心的发展趋势
2021-06-27
作者:Max McDaniel
来源:应用材料公司
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。
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)。
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。
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”。
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,背板采用了基于开云棋牌官网在线客服技术的硅晶圆(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。
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开云棋牌官网在线客服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。