原創 鐵流
你知道一台蘋果手機最貴的是哪個部件嗎?顯示屏——43美元(當然,這只是個參考價),螢幕摔碎了腎疼不是沒有原因的。
所以,我們今天就來說說顯示屏有多麼重要,這其中又有哪些酷炫的技術,而中國面板產業從依賴進口到全球第一又是怎麼一步步打破壟斷的。
在去年,媒體報道稱,蘋果將考慮MacBook Air首次採用中國產顯示面板,2017年年初,美國蘋果公司公布最新200大供應商,在供應商名單中,台灣友達已然消失不見。據中國台灣「中央社」引述研調機構WitsView資深協理邱宇彬談話指出:「Macbook air顯示面板解析度高、以輕薄為訴求。中國面板廠京東方來勢洶洶,先前和友達一起供應Macbook air顯示面板,預期未來將由京東方慢慢放量,吃下多數訂單。」
而在幾個月前中國企業成功研製出5英寸主動式電致量子點發光顯示產品(AMQLED),可以實現全彩顯示,其色域超過100%。
最近,國內首條六代柔性AMOLED生產線也正式投入生產,成功打破了三星等韓國企業對AMOLED螢幕的壟斷。
早在十多年前,中國彩電企業所需要的面板,基本被韓國三星、LG,中國台灣奇美、友達等廠商所壟斷。中國大陸當時是全球最大的彩電製造基地,但因為液晶面板受制於人,無法做到自給自足,只能大量從日本、韓國和中國台灣地區採購,直接導致液晶面板價格始終處於高位,中國彩電企業深受其害。
國產面板出貨量占據全球市場的22.3%
痛定思痛下,中國政府決心扶持本土面板企業發展,在2009年底出台了《2010~2012年平板顯示產業發展規劃》,藉助政策的東風,京東方、華星光電等大陸面板企業迎來了高速發展期。
2017年2月, 英國著名調查公司IHS Market發布全球液晶版面研究報告:中國企業的出貨量占據全球市場的22.3%,成為世界第一。
傳統LCD可與外企抗衡,但它本身存在「弱點」
目前,市場上的面板主要有兩類,一類是傳統的LCD,另一類是新興的OLED。在LCD領域,中國大陸企業已經做到可以與境外企業分庭抗禮的水平。不過在新興的OLED領域,在技術上和商業化上與三星相比還有一定差距。
LCD 是液晶顯示器,目前廣泛應用於電視、手機、VR頭顯、車載顯示器、公共顯示設備等上面,普及率非常高。
LCD的的結構有點類似三明治,上下層是玻璃基板,中間是薄膜電晶體和彩色濾光片,通過薄膜電晶體的信號與電壓變化來控制像素點的顯示效果。按照背光源的不同,LCD可以分為CCFL和LED兩種。
然而,因為偏振濾光的因素,LCD的光源效率至少折半,並且背光源的光譜特性,亮度會直接影響顯示效果。
LCD的顯示原理決定了它的可視角度並不理想,當背光源通過偏極片、液晶和取向層之後,輸出的光線便具有了方向性。由於大多數光都是從螢幕中垂直射出來的,從某一個較大的角度觀看液晶顯示器時,便不能看到原本的顏色,甚至只能看到全白或全黑。
為了解決這個問題,LCD液晶面板有數種分支,比如比較高端且顯示效果較好的IPS,AFFS等。
LCD原理示意圖
雖然LCD現在依然是主流,市場份額也更大,LCD也經過一些改良與升級,但它還是弱於表面發光的OLED技術。
OLED或是未來面板產業的主流
OLED的英文全名是Organic Light Emitting Diode,就是有機發光二極體。Organic 指的是有機,就是在正負極之間時間使用了一系列的有機薄膜材料,從而達到發光的目的。
高端OLED則是採用點陣主動發光技術,通過RGB三原色點陣主動發光,以及不同強弱搭配來呈現不同顏色。這種方式由於沒有偏振濾光,所以光源效率更高,顏色純粹。在亮度動態範圍上,由於OLED採用主動發光技術,可以呈現更高明暗對比度。
OLED螢幕薄,做超薄機更有優勢,且可做成柔性屏,相對於硬屏來講不易損壞。所以,OLED在智慧型手機領域發展迅猛,在VR頭盔、電視機領域都有著廣泛的應用,甚至在PC和只能汽車上也在逐步滲透。
OLED在超薄螢幕上的應用
OLED在VR頭顯上的應用
不過,OLED製造很複雜,而且成本很高,所以在降低成本以前,市場主流依然以LCD為主。
自主研發國產AMQLED螢幕
OLED有一項延伸技術非常重要——AMOLED技術。這項技術中文全稱是有源矩陣有機發光二極體或主動矩陣有機發光二極體,一看就和發光有關。
我們都知道,光是由紅綠藍RGB三原色組成(印刷中則是吸收色譜,加上純黑則是CMYK四元色),一般來說,發光三原色的光譜分離度越高,得到的純凈三原色就可以更精準和純凈的展現色域中的各種顏色。色域越廣,面板就越「驚艷」。想想,老式的黑白電視,雖然復古,但是缺少色彩。
傳統LCD與AMOLED色彩對比
而AMOLED技術可以利用多層有機化合物來實現獨立R、G、B三色光。但是,它的大多數專利都被國外壟斷了,上世紀90年代,美國、韓國、日本申請的AMOLED專利占有情況超過了專利總量的半壁江山,比如一提到AMOLED,最出名的莫過於三星。畢竟未來的iPhone 8螢幕是三星提供的。
但中國首個國產AMQLED(主動式電致量子點發光)顯示屏就被成功研製出來了!
發光源不同——國產AMQLED將發光源從有機發光材料換成了無機量子點,而三星的AMOLED則是在有機材料中產生了發光現象。
色域廣——同時,國產的AMQLED被普遍認為具有壽命長、色域廣、成本低的潛在優勢,被廣泛認為是繼三星的AMOLED之後,更具顛覆性的顯示技術,尤其是在大尺寸主動式發光顯示領域,會有更強的競爭能力。而且AMQLED顯示屏無需背光照明光源,可以實現全彩顯示,色域超過100%。
不同產品色域對比
QLED技術尚不成熟
同時,現在還有一項技術叫做QLED技術,與OLED一個字母之差,卻千差萬別。
這項技術是不需要額外光源的自發光技術。其發光原理主要來自於納米晶體材料通過溶解體相合成技術(Bulk solution phase techniques)形成膠體量子點,其光電特性與物理尺寸直接相關,成為新型固態發光技術。
QLED技術的三原色及其光譜是這樣的:
可以看到QLED技術下的RGB三原色具有良好的光譜分離度,也就是所謂的更純凈,因此可以達到更精準的色域展現。
QLED色域同標準NTSC色域相比如下:
QLED的三原色(實心黑色三角)涵蓋了更廣的色譜範圍,它的色域更令人驚艷。而且即使數百小時持續工作,QLED技術依然有穩定的工作狀態,這是技術工業化非常重要的因素。
簡單說就是,OLED是基於有機物電致發光的原理,而QLED是基於無機物電致發光(或光致發光)的原理。由於無機物的受熱穩定性和化學穩定性等指標普遍要高於有機物,所以有人說在理論上,QLED的光源穩定性和壽命等關鍵指標要強於OLED。
QLED的概念在1994年就被提出來,但是受限於當時的材料和半導體技術,當時的QLED技術在亮度、外量子效率以及穩定性上均有較大缺陷。它還存在點亮電壓過高,有效發光區域系統效率較低,以及不可忽略的鄰近共軛有機層寄生電光發射,其主要原因仍然是當前材料技術下載流子注入效率低,以及因此造成的電子-空穴失衡。
結語
不過,雖然中國面板全球市場占有率不斷提升,但與國際領先水平仍有差距。目前,中國的發展策略是用屬於主流的LCD來培養產業,在產業發展壯大形成一批龍頭企業之後,在這個基礎上建設AMOLED生產線,提升大陸企業在AMOLED領域的競爭力。同時,也要開發新技術,比如完善AMQLED技術。