談及 OLED,有人時(shí)常會(huì)冒出一句:
LCD 永不為奴。
不過就在最近,OLED 技術(shù)再次獲得了新突破:PPI 達(dá)到 10000!
韓國三星電子三星綜合技術(shù)院(Samsung Advanced Institute of Technology)聯(lián)合美國斯坦福大學(xué) Geballe 先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室、韓國漢陽大學(xué)物理系,設(shè)計(jì)出了每英寸 10000 像素的全彩色、高亮度 OLED 顯示器,這一成果有望在 VR、AR 中得以應(yīng)用。
2020 年 10 月 23 日,相關(guān)論文發(fā)表于知名學(xué)術(shù)期刊 Science,題為 Metasurface-driven OLED displays beyond 10,000 pixels per inch(超表面驅(qū)動(dòng) OLED 顯示器每英寸像素超 10000)。
LCD 與繼任者 OLED
OLED,全稱 Organic Light-Emitting Diode,即「有機(jī)發(fā)光二級(jí)管」,是 LCD(Liquid Crystal display,液晶顯示)技術(shù)公認(rèn)的繼任者。
LCD 的原理大致是:將一個(gè)液晶盒放在平行的 2 塊玻璃基板中間,下基板設(shè)置了薄膜晶體管,上基板設(shè)置了彩色濾光片。薄膜晶體管上的信號(hào)、電壓變化可以控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng),由此控制每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否,顯示的目的也便達(dá)到了。
而 OLED 技術(shù)是由電場驅(qū)動(dòng)——采用的是有機(jī)材料涂層和玻璃基板,當(dāng)電流通過時(shí),有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。OLED 的每個(gè)像素點(diǎn)自身都能獨(dú)立發(fā)光,而每個(gè)像素點(diǎn)是由紅綠藍(lán) 3 個(gè)次像素組成的。每個(gè)子像素點(diǎn)都可以看作是一顆 LED 燈,像素組成的陣列就是 OLED 面板了。
說到紅綠藍(lán)次像素,很多人可能還記得之前上過熱搜的一個(gè)詞:「周冬雨排列」。
「周冬雨排列」到底是什么,就連周冬雨本人都搞不明白,還跑到知乎提問。
據(jù)網(wǎng)友解釋,「周冬雨排列」長下面這樣,神似一個(gè)個(gè)“周冬雨的凝視”。
實(shí)際上它是指京東方(BOE)的 Triangular PenTile 排列,是一種屏幕次像素的排列方式。
從專業(yè)角度來看,OLED 屏不同顏色像素點(diǎn)的材質(zhì)不同,藍(lán)色像素點(diǎn)壽命較短。
為解決這個(gè)問題,像素點(diǎn)可以有多種排列方式,排列方式直接影響著屏幕清晰度,而京東方的這種排列在某些方向?qū)嶋H分辨率會(huì)下降,使用了京東方 OLED 屏的華為 Mate 20 Pro 還曾爆出了屏幕邊緣出現(xiàn)綠色調(diào)的光暈,因此外界對其的吐槽也不少。相比于這種排列,世界級(jí)面板產(chǎn)商三星的「鉆石排列」清晰度更佳。
簡單總結(jié)一下,LCD 的光源層和顯示層分離,OLED 光源層和顯示層合二為一。
基于此,OLED 顯示屏相比之下有不少優(yōu)勢,比如輕薄、可視角度大、能耗低、亮度高,還可以顯示純黑色、可以彎曲,能夠滿足曲屏電子設(shè)備的制造。
但 OLED 并不是完全吊打 LCD,LCD 黨的論據(jù)在于,OLED 壽命較短不耐用、燒屏頻閃易傷眼。
PPI 達(dá)到 10000
實(shí)際上,在 OLED 顯示屏領(lǐng)域,三星(以及 LG)可謂是遙遙領(lǐng)先的巨頭,不僅在競爭激烈的市場中積極地進(jìn)行戰(zhàn)略部署,技術(shù)上也總是快人一步。
正如 IEEE 所說,OLED 屏實(shí)現(xiàn)了商業(yè)成功,但自然還有提升空間。
目前,當(dāng)屏幕和眼睛保持一定距離時(shí),每英寸像素?cái)?shù)大約在幾百左右,智能手機(jī)屏幕每英寸只能容納 400-500 像素(iPhone 12 Pro 的超視網(wǎng)膜 XDR 顯示屏為 460PPI),電視屏幕每英寸僅 100-200 像素。而對于 VR、AR 設(shè)備,所需的像素密度為每英寸幾千個(gè)像素,而當(dāng)前的顯示技術(shù)還無法滿足要求。
基于此,研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全彩色、高亮度的新型 OLED 顯示器,利用 OLED 薄膜在兩層反射層之間發(fā)射白光:
一層由銀薄膜構(gòu)成;
另一層是作為可調(diào)后向反射器(tunable back-reflector)的“超表面”,就像由一個(gè)個(gè) 80 納米高、100 納米寬的柱子組成的森林,每一根柱子的間距小于光的波長。
研究人員表示:
每英寸 10000 像素的超高密度,輕松滿足了在眼鏡或隱形眼鏡上制造下一代微型顯示器的需求。
具體來講,顯示器超表面的每個(gè)像素都被分成了 4 個(gè)大小相同的亞像素。
原則上,OLED 薄膜可以指定它們照射的亞像素,亞像素中的納米柱可以操縱落在它們上面的白光。
這樣一來,每個(gè)亞像素可以反射特定顏色的光,而這是由納米柱之間的間距決定的——在每個(gè)像素中:
納米柱排列最密集的亞像素產(chǎn)生紅光;
納米柱密度適中的亞像素產(chǎn)生綠光;
納米柱密度最小的亞像素產(chǎn)生藍(lán)光。
發(fā)出的光在 OLED 顯示器的反射層之間來回反射,直到最終通過銀薄膜從顯示器表面逃逸。
據(jù)了解,這種光線在顯示器內(nèi)部積聚的方式,將使其發(fā)光效率成為標(biāo)準(zhǔn)顏色過濾白色 OLED 顯示器的 2 倍,且顏色純度也更高。斯坦福大學(xué)光學(xué)工程師、論文合著者之一 Mark Brongersma 表示:
樂器要想發(fā)出聲音,常常需要一種共鳴腔,它能產(chǎn)生優(yōu)美的純音。光線也是同樣的道理,不同顏色的光會(huì)在這些像素上產(chǎn)生“共鳴”。
另外,論文第一作者、三星綜合技術(shù)院(三星電子的中央研究所)的納米光子工程師 Won-Jae Joo 還透露:
每英寸達(dá)到 10000 像素的結(jié)果振奮人心,根據(jù)我們的模擬結(jié)果,像素密度的理論縮放極限估計(jì)是每英寸 20000 像素。
就潛在應(yīng)用而言,Mark Brongersma 認(rèn)為短期而言團(tuán)隊(duì)的關(guān)注點(diǎn)在于 VR 設(shè)備——由于 VR 顯示器離用戶的眼睛很近,高分辨率是創(chuàng)造幻覺的關(guān)鍵;在未來,超表面還可能在太陽能電池和光傳感器等應(yīng)用中用于捕獲光線。
由此可見,這一研究對于 OLED 領(lǐng)域來講是一次不小的突破。
三星連發(fā) Nature、Science
實(shí)際上,作為顯示屏霸主,僅僅是在科研方面,三星的成果有目共睹。
早在 2016 年,三星就聯(lián)合哈佛大學(xué)、MIT,篩選出了超過 1000 個(gè)用于 OLED 的藍(lán)光分子,一個(gè)主要的目的就是大幅降低生產(chǎn)成本,并提升 OLED 屏的性能。
這項(xiàng)研究在當(dāng)時(shí)的意義就在于,不少人認(rèn)為 OLED 取代 LCD 只是時(shí)間的問題,但主要的問題之一就是 OLED 的制造成本過高,與 LCD 的價(jià)差降低,才會(huì)更能顯示出 OLED 的優(yōu)勢。
2019 年 11 月 27 日,三星在 Nature 上發(fā)布了 QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes,量子點(diǎn)發(fā)光二極管)的潛在商業(yè)化研究。在這項(xiàng)研究中,團(tuán)隊(duì)通過改善量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu),將量子效率提高了 21.4%,并將 QLED 壽命延長至一百萬小時(shí)。
前不久的 10 月 14 日,三星再次在 Nature 上發(fā)表有關(guān) QD-LED 技術(shù)的論文。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了 20.2% 的發(fā)光效率提升、88900 尼特的最大亮度和 16000 個(gè)小時(shí)的 QLED 壽命。
前后不到 10 天,三星就又發(fā)表了 OLED 屏的重要突破。
一般而言,OLED 被認(rèn)為是下一代智能手機(jī)顯示屏的最佳方案,今年 4 月三星也宣布關(guān)閉中國、韓國的 LCD 面板生產(chǎn)線。未來 OLED 技術(shù)將會(huì)有怎樣的飛躍,我們拭目以待。
責(zé)任編輯:pj
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