从平面到曲面,从LCD到LED,从TN到IPS,屏幕显示技术的快速发展依赖于材料科学的不断发展和材料工业的进步。如今,随着OLED技术的成熟,其许多特性已经被应用到手机屏幕的制造中。越来越多的屏幕呈现方式和交互手段正在冲击着我们的视觉。曲面屏、柔性屏、折叠屏逐渐让想象成为可能。
折叠屏——OLED从刚性到柔性
2月24日晚,华为在西班牙巴塞罗那召开新产品发布会,发布了其首款折叠屏5G手机,取名Mate X。
5G和折叠屏无疑是2019移动世界大会最热门的两大元素。OPPO和小米也分别公布了自己的5G手机产品。三星的Galaxy Fold是折叠屏,但华为是唯一结合这两个元素的。在发布会上,华为消费业务CEO余承东自信地说:“不谦虚,华为Mate X是目前行业最大的创新!”
折叠屏幕,0-180度自由折叠
华为Mate X采用柔性折叠屏和可折叠全屏设计,展开时可达8英寸,视野无限延伸。稍微折叠一下,就可以变成一个6.6英寸的屏幕,一只手可以控制,另一个屏幕6.38英寸大小。
华为折叠屏原铰链设计,采用鹰翼折叠方案,可实现0-180度自由折叠,开合度;整机轻薄质。机身单面厚度5.4mm,打开后平整6.9 mm,折叠后11 mm。中间没有缝隙,主屏也没有切角。同时,华为Mate X还带来了新的交互体验——分屏交互,将扩展后的操作界面一分为二,让两个任务同步运行。
5G芯片,3秒钟就能下载一部1GB的电影
这是华为第一部5G手机。这个有两个卡槽,一个可以支持2G、3G、4G、5G,第二个卡槽可以支持4G网络。这是世界上最快的5G手机,相关技术都是华为开发的。
看具体系数:华为Mate X搭载华为首款7nm 5G多模芯片巴龙5000+麒麟980;峰值下载速率4.6Gbps,3秒下载1GB电影,同时支持NSA/SA 5G组网。
OLED,折叠屏的基础
要达到折叠效果,OLED显示技术无疑是需要的。通过自发光显示获得最佳图像质量的OLED。由于其优越的画质、轻薄、重量轻,成为手机显示器的主流。但是OLED最大的吸引力是可以灵活弯曲屏幕显示。传统的显示器,如液晶显示器,很难像光纤一样灵活地弯曲、折叠甚至拉伸。
传统的有机发光二极管被称为刚性有机发光二极管。这是因为用作显示器下基板的保护基板的封装材料是玻璃。玻璃作为一种高度可靠的材料,在显示领域已经使用了很长时间,但几乎没有柔韧性。刚性OLED很难实现产品创新,比如自由实现智能手机等移动设备的能力。
刚性OLED主要有两种玻璃工艺。一个是上面说的玻璃基板,一个是玻璃封装。柔性OLED使用PI(聚酰亚胺)作为下基板,而不是刚性OLED中的玻璃基板。用薄膜封装(TFE)代替玻璃封装。它不仅灵活,而且可以将现有玻璃的面积减少一小部分,重量更轻。4.6+7.3寸双屏的Galaxy Fold重量只有200g左右,相对于现在180g上下移动的主流旗舰机来说并不明显落后,而且依赖于这项技术。
柔性OLED允许显示器像钱包一样折叠。不用时折叠起来使其变小,使用时可以打开实现更大的屏幕显示。此外,由于柔性OLED不使用玻璃,它们几乎不会破裂,这无疑降低了越来越大的手机屏幕的意外风险。
在新闻发布会上,三星表示,它还开发了一种新的聚合物材料,使Galaxy Fold内部显示器比迄今为止我们的任何屏幕都薄50%。
下一站的柔性屏幕——有机发光二极管的前世
有机发光二极管(OLED)最早的技术研发始于20世纪50年代的法国。1987年,柯达公司的香港人邓青云和美国人史蒂夫·范·斯莱克发现了最早的实用OLED。
OLED是与薄膜晶体管液晶完全不同类型的产品。前者具有视角宽、对比度高、功耗低、反应速度快、色彩饱满、工艺简单等优点,但在成本、技术选择性、寿命和色彩再现等方面仍存在一些不足。OLED显示器根据驱动方式的不同可以分为无源矩阵(PMOLED)和有源矩阵(AMOLED)。后者已经十几岁了。
OLED显示技术具有自发光的特点。它采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板。当电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏视角大,可以节约电能。自2003年以来,这种显示设备已应用于MP3播放器。
在OLED中使用的有机发光材料方面,一种是由染料和颜料构成的小分子器件体系,另一种是由共轭聚合物构成的聚合物器件体系。同时,由于有机电致发光器件具有整流和发光二极管发光的特性,小分子有机电致发光器件也称为OLED(有机发光二极管),聚合物有机电致发光器件称为pled(聚合物发光二极管)。小分子OLED和聚合物OLED在材料特性上各有优势,但就现有技术的发展而言,如显示器的可靠性、电气特性和生产稳定性等,小分子OLED处于领先地位。目前投入批量生产的OLED元件全部使用小分子有机发光材料。
有机发光二极管和液晶显示器
液晶面板结构
OLED面板和LCD面板差别很大,相比之下OLED面板的结构会更简单。OLED显示技术具有自发光特性。它采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板。当电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏视角大,可以节约电能。如果LCD是全白光色卡,OLED是小灯泡组成的画面,每一个都决定发出什么光,所以黑了就干脆不发光。同时,宽视角、高对比度、低功耗、高反应速率是OLED面板的特点。
OLED在纯黑显示上有优势,但缺点是不能显示准确的暗细节。比如你想看到一片灰色,你看到的是一片黑色。另外,OLED显示器在低亮度下可能会出现闪屏现象,这也是目前OLED的不足。
全屏幕
2017年底,小米发布了概念手机小米MIX,带来了广泛的好评,成为互联网行业的热点。从此,全屏成为所有高、中、低档手机应该追求的标签,OLED大范围取代LCD,成为手机显示的主流。表面上看,两者之前并没有什么特别的联系,但实际上是全屏概念的推广让OLED的特性更好的发挥,这一切都需要谈谈屏幕-COP封装的封装技术。
在全屏趋势出现之前,基本上所有的手机都采用COG封装技术,将IC芯片直接绑定在LCD屏幕的玻璃面上,可以大大减小整个LCD模块的尺寸。并且具有产量高、成本低、易于大规模生产的直接优点。
直到2017年3月29日三星S8发布,打破了智能手机行业长期以来传统的COG屏幕包装工艺,采用了更先进的COF技术,实现了手机屏幕上下边框的真正缩小。在COF封装过程中,屏幕IC芯片和部分扁平电缆安装在一个可弯曲的柔性印刷电路板上,称为FPC,这样它就可以折叠在屏幕后面,从而减少屏幕的扁平电缆芯片面积。
COF封装技术使IC芯片与部分排线之间的空间缩小了空,但与左右边框相比仍有一定距离。如何实现上下左右的真正宽度是一项全新的技术,即COP包装技术。
一种新的面板技术——柔性有机发光二极管面板被应用于铜封装工艺。简单来说,由于折叠带来的宽度和面积无法解决,不如简单的将显示屏下半部分与上述排线芯片面积一起弯曲,达到上下左右的真正宽度。柔性OLED采用塑料基板,但不常见的玻璃基板,借助薄膜封装技术,在面板背面粘贴保护膜,使面板具有柔性,不易断裂。这是对柔性OLED屏幕的解释。总的来说,它类似于COF包装工艺中使用的FPC电路板。
之前有追兵,然后就是拦截。OLED如何杀出重围
即使OLED有很多优点,即使涉及批量生产,最小的缺陷也会放大很多。OLED被称为有机发光二极管,也就是说OLED面板的发光材料是有机材料,与无机材料相比,有机材料具有固有的短寿命。当显示屏上的一些固定位置长时间显示相同的静止图像时(如计数器显示机),这些位置的子像素对应的有机材料会比其他位置的子像素损失更严重,尤其是蓝色像素由于材料的原因衰减周期更短,这也是蓝色像素在面板电路像素设计中占很大比例的原因。另一方面,材料损耗还涉及到像素的发光效率受到影响,亮度变暗,从而出现偏色现象,即余像出现在固定位置。
这简直是致命的。早期三星AMOLED旗舰机经常遇到这样的问题。与小米MIX同时发布的小米note2,因为LG集团OLED屏幕的缺陷,被批评为问题模型。近年来,基于有机发光材料的研究进展和屏幕显示技术的提高,这一缺陷得到了有效改善,OLED已经成为手机市场的主流。可以说是手机的特性让OLED成功。但是在平板、电视、显示器等大屏幕显示领域,OLED几乎没有用。传统液晶屏成本低,使用时间可观,一般稳定五年以上,甚至十年以上。最重要的是,无论是动态还是静态,LCD的适用性都非常强。不会出现烧屏、拖影等问题。所以在这些行业中,OLED产品很少,价格高,使用时间难以保证。
量子点技术
量子点技术作为不能广泛应用于大屏幕显示的有机发光二极管的替代品,已经进入我们的视野。
量子点显示是一种创新的半导体纳米晶体技术,能够精确透光,高效提升显示屏色域,使色彩更加纯净明亮,色彩表达更加紧张。它的核心是当直径在2-10纳米之间的晶粒被光电激发时,它会根据晶粒直径的大小激发出不同颜色的单色光。在液晶显示器上,纳米晶体可以激发出光谱能量集中、颜色纯正的高质量红/绿单色光,优秀的纯色输出可以彻底颠覆落后的背光技术。
QDEF膜
目前量子点显示器在VA面板上加了一个膜,就是上图的QDEF膜。这样带来的实际体验是怎样的?由于量子点材料的特殊性质,它可以发出接近连续光谱的光,即量子点显示器的颜色可以更精细,色域可以更宽,这也是目前许多量子点显示器制造商强烈要求的。其实我们的评测室也测试过相应的量子点显示器,在色域上比非量子点显示器好很多。这也是由量子点的材料性质决定的。
但看到优点的同时,也必须看到目前量子点显示器的缺点。很多朋友发现量子点显示器购买后颗粒感很强,即使显示器分辨率达到2K(27寸),颗粒感还是很重。同时,目前的量子点技术仍然是VA面板上的延伸,液晶面板的漏光和偏色问题也存在于量子点显示器上。
量子点是无机的,所以在宣传上号称比OLED更稳定。但实际上纳米尺寸的量子点非常敏感,不仅像荧光粉一样怕热,像OLEDs一样也怕水和氧,还标榜比OLEDs更稳定。真的没有这样的资本。现在的QDEF膜也不便宜。一台55寸的电视,一台QDEF的价格在100美元左右。很大一部分来源是因为物质需要阻水氧。在商业化过程中,大量的能源和成本消耗在阻水氧上。以3M和Nanosys推出的QDEF为例,QDEF厚度约为210μm,其中上下阻隔膜(阻水氧层)占110μm,成本也占整个膜的一半。
这样看来,量子点技术充其量是OLED技术在瓶颈期的一种替代技术,并不是另一种能与LCD、OLED并驾齐驱的产品类型。但OLED要想在大屏幕显示上有所突破,最重要的问题是找到更稳定的有机发光材料,消除低亮度下的显示缺陷和不稳定性。
有机发光二极管的未来
增加屏幕尺寸是智能手机产品迭代开发的一个关键线索。但经过最新一轮全方位屏幕迭代,主流旗舰车型的屏幕比例一般都在80%以上,可以提高空,机身尺寸也达到了挑战便携性和可操作性的极限。目前,沿着增加屏幕尺寸的主线,OLED折叠屏幕设计将是下一代智能手机产品的明确发展方向。
MicroLED?
随着手机全屏的普及,OLED屏幕逐渐被市场接受。而螳螂捕蝉黄雀,OLED并没有在各方面取代LCD,MicroLED进入了我们的视野。数据显示,微型LED是新一代显示技术,比现有o LED技术亮度更高、发光效率更好、功耗更低。
微型LED是将平日看到的LED显示器(如霓虹灯广告牌)微型化到微米(微米)级别,然后通过传质技术在屏幕基板上安装数百万个RGB微型LED。
可以说每个微型LED都是一个自发光像素,可以被驱动独立点亮,类似o LED。相比液晶液晶屏,微型LED和o LED屏幕更纤薄,对比度更高,响应时间更快。
另外,由于微型LED是无机发光二极管,不像o LED那样受到有机分子寿命的限制,所以不存在“烧屏”问题,亮度可以进一步提高。
但是,虽然微型LED有很多优点,但目前最大的困境是微型LED生产难度很大,成本太高,难以实现批量生产。
俗话说长江后浪推前浪,前浪死在沙滩上。在这场关于展示材料的大赛中,谁会笑到最后,谁会在沙滩上被枪杀,现在还不确定。
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