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OLED浪潮及其它激動人心的發展趨勢

—— 顯示技術
作者:應用材料公司Max McDaniel時間:2021-06-25來源:電子產品世界收藏

自從平板電腦在20世紀90年代初期采用LCD技術后,現代顯示行業開始蓬勃發展。采用LCD技術的產品輕薄便攜,當時的CRT技術難以望其項背。在接下來的二十年里,LCD在筆記本電腦和其它小眾設備中一統天下,在電視機和顯示器中取代了CRT,并在智能手機等新型設備上得到了廣泛應用。而今,我們正處于又一次顯示技術更迭的初期,新興的OLED顯示技術正在消費終端領域逐步取代LCD的地位。其它一些值得深入研究的技術也紛紛涌現,包括迷你LED、微型LED和微型OLED。這幾個名稱很相似,也很容易混淆,但無論從它們的優勢和有待解決的問題,還是應用范圍和所處發展階段來看,它們都是截然不同的幾種技術。

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

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OLED浪潮

OLED對比度高、色域廣、畫質非常出色,并且柔性佳、可折疊。OLED已在智能手機行業中廣泛應用(今年的滲透率約為40%,并且處于快速增長階段)。未來幾年,OLED在筆記本電腦、平板和顯示器等大尺寸設備中的應用也將會持續增長。

這股“OLED浪潮”正在改變顯示產業。時至今日,所有新建的智能手機面板產線都是OLED的,很快將會有面板廠商投資上馬大尺寸的OLED產線。這對于應用材料公司等企業而言是發展的良機,因為從工廠設備投資角度而言,OLED生產線所需的投建資金規模遠遠高于LCD生產線。

我們認為,OLED將在未來十年獨領風騷,拉動整個顯示行業(見圖1)。

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圖1 顯示行業的技術革新浪潮

迷你LED

迷你LED是LCD技術的升級版,是LCD面板廠商為縮小LCD和OLED性能差異而做的努力。迷你LED技術是在LCD背光面板上安裝非常小的LED(100-1000微米)陣列,從而更好的控制像素光照(見圖2)。與傳統的LCD相比,迷你LED背光利用多區域的局部調光提供更出色的明暗對比度,這在一定程度上縮小了與OLED面板在對比度上的性能差距。迷你LED技術面臨的最大挑戰是如何平衡成本與收益。為了實現接近OLED的高對比度,迷你LED LCD屏幕需要在原有的驅動LCD像素的主背板之外,增加超過一萬個芯片和有源矩陣背板,才可實現性能優異的背光。迷你LED LCD比傳統LCD顯示效果好,但仍無法與OLED媲美,而且目前來看成本與OLED幾乎相同。迷你LED LCD在其它方面相較OLED仍存在差距,比如色域較窄、反應較慢、外形較厚等。

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圖2 迷你LED LCD是在LCD面板的背板上加裝非常小的LED形成陣列,為像素提供光照

微型LED

迷你LED不過是改善了LCD背光,而微型LED卻是一種自發光顯示技術(和OLED一樣)。微型LED所使用的LED尺寸小于50-100微米,每個LED都是一個獨立的紅、綠和藍色子像素(見圖3)。微型LED技術在所有性能方面都可以媲美甚至超越OLED和LCD。它既有OLED高畫質和輕薄的優勢,又經久耐用。其亮度高于LCD和OLED,但能耗很低。微型LED確實是顯示技術的“終極夢想”。

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圖3 微型LED是一種自發光顯示技術,采用該技術的顯示屏直接在每個像素背后安裝尺寸小于100微米的LED

但是微型LED有一個致命缺陷——或者說是兩個相互關聯的缺陷,那就是可制造性和成本。“拾取放置”步驟就是生產過程中存在巨大挑戰的一個例子。把微型LED放到像素預定位置相當困難。4K顯示器大約有2400萬個子像素,而8K顯示器則有1億個。在生產微型LED的過程中,要從基板上將上千萬個亞微米級的LED取下,然后精確地放進指定的子像素,并實現良好的電子連接。這種“拾取放置”步驟非常影響最終良品率。這一工序所需達到的精細度就如同使用機械臂來授粉。如今有很多“拾取放置”技術都在開發過程中,但沒有一種可以滿足主流顯示消費產品對生產率和良品率的要求。然后就是成本問題了。由于生產難度高,加以上千萬個LED芯片本身高昂的成本,對主流應用而言微型LED實在過于昂貴。要知道,如今市面上采用微型LED面板的電視機,售價遠高于10萬美元。即使是要進入最高端的消費電視市場,也至少需要將成本縮減至百分之一以下。

由于成本和制造方面的困難,我們認為至少在未來幾年里,微型LED的應用將僅限于增強現實(AR)、可穿戴設備和非常高端的公共信息顯示領域。但是隨著技術的不斷創新和改善,微型LED技術可能會在2030年后在主流消費產品上與OLED相匹敵。期待那一天早日到來!

微型OLED

微型OLED是面板行業另一種新興的技術。微型OLED的分辨率極高(像素密度超過1000ppi),可以在近眼式顯示設備中使用,例如虛擬現實和增強現實設備(VR/AR)。微型OLED所使用的前板與白光OLED(WOLED)電視面板的很相似(將OLED材料蒸鍍到基板上,其發出的白光透過濾光片產生紅光、綠光和藍光)。但是為了實現高分辨率和微小像素,背板采用了基于半導體技術的硅晶圓(見圖4)。微型OLED在工藝和成本上屬于可行技術,但它的應用將局限在小型近眼式或者投影顯示領域,我們認為它無法撼動常規OLED在主流產品上應用的大趨勢。

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圖4 微型OLED所使用的前板與目前白光OLED(WOLED)電視面板的前板很相似;為實現高分辨率和小像素,背板材料為硅晶圓

結語

LCD在顯示領域獨占江山近30年。由OLED帶來的下一波技術變革已經悄然臨近,其將在未來十年驅動新一輪的建廠投資。雖然OLED將主導下一波技術變革,但也會有其它的技術參與競爭。對應用材料公司而言,所有的技術革新都是企業發展的良機。OLED生產線的設備投資規模大約是傳統LCD的兩倍,這會大大開拓我們在背板和前板方面的商機。迷你LED需要增加一塊背光背板,這樣會增加設備的加工步驟。微型LED則需要在晶粒制造和高端背板方面進行更多的創新,這將給我們在前板的顯示和半導體領域創造極好的機會。以小眾市場為目標的微型OLED也會給應用材料公司的顯示和芯片技術提供機會。

我們認為,顯示行業未來十年前景光明,以后還會出現顛覆性更強的新技術。我們將攜手客戶、同業者和合作伙伴,為消費者創造更具動感、更為驚艷的視覺體驗。



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