解读OLED/Micro LED/QLED:三者间“合作大于竞争”

已经有确凿的消息证明,2017年的下一代苹果手机将采用OLED屏幕的背景下,似乎有关下一代平板显示技术的争论可以暂时告一段落。但是,作为竞争技术,QLED和Micro LED都不甘于寂寞,前者迎来了三星的大力追捧,后者则有今年苹果与索尼的加强合作。

信息化——显示才是最大的问题

一台苹果手机,它大部分的电池电量被用在哪里?或者,一个三星智能手表为何几乎每天都要充电?这些最影响当代智能设备体验的“待机”问题的元凶,都是显示设备。

以上这个问题也是2014年苹果收购低功耗micro-LED显示器开发商LuxVue的原因所在——苹果需要匹敌三星OLED,并在视觉和功耗性能上有重大突破的显示技术。甚至,这一次收购还被人们与苹果数年前对芯片厂商P.A.Semi的收购对比:正是那次收购,让在设计微处理器方面毫无经验的苹果,掌握了后来苹果手机核心处理器设计技术。现在,苹果领头的micro-LED阵营,又迎来了索尼的加速发力。

而在QLED显示项目上,中国某大学的科研团队,以及全球显示霸主三星都“情有独钟”。三星甚至认为,大尺寸电视机,应该直接跳过OLED的阶段,开发采用印刷技术制备的QLED面板。后者,目前在寿命指标上的优势非常明显。虽然,舆论认为三星在QLED上的强势,更多的是为了平衡LG在大尺寸OLED上的领先,但是另一些专注QLED的团队,他们只有QLED技术,没有任何理由被怀疑“对QLED的支持,是出自‘平衡’对手的OLED”的考虑。

当然,作为下一代显示技术,OLED的成绩是最好的——至少全球手机市场,OLED已经拿下三分之一型号;而且大尺寸电视应用方面也“突破连连”。产业化进程上的优势,或许是人们对OLED在对阵MICRO LED/QLED的战争中能够获胜,抱有更大信心。

但是,平板显示有前车之鉴:直到2006年之前,等离子PDP在彩电应用的产业化方面,都一直领先液晶技术。不过,等离子并没有运气笑道最后,液晶成了最终赢家。而下一代平板显示之争,会不会有新技术后来居上呢?如果会,那么是MICRO LED还是QLED呢?

OLED/MICROLED/QLED的相似之处

与液晶显示技术相比,OLED/MICRO LED/QLED可以说是很相似的东西。后者的共同性是不需要液晶的背光源。

液晶显示之所以耗电量比较巨大,一个核心原因在于系统结构上的“光效率”低下。例如,液晶显示呈现彩色效果,要使用彩色滤光膜:这一层薄膜直接导致整体光效率下降超过67%;同时液晶的光阀门作用又必须以偏振光为前提,这一点再次损失了50%以上的亮度。所以,液晶显示,对背光源亮度的利用效率理论上不会超过15%。即,85%的能量是被浪费的。

而对于OLED/MICRO LED/QLED这个三个技术,由于可以采用三原色亚像素自发光的结构,其光效率理论上可以达到95%。即只要不断改善发光材料的电光转化率,这些技术的节能水平就可以远超过液晶——这一点对于移动设备、穿戴设备意义非比寻常。

如果将视角从产品体验上,转移到制造过程上,OLED/MICRO LED/QLED也非常具有相似点。

首先,这三个技术离不开电流驱动TFT结构,即现在显示行业常常言之的“LTPS”、“a-Si”和“IGZO”TFT驱动结构技术——从这个角度上,OLED/MICRO LED/QLED与液晶技术都属于“半导体显示”行业。OLED/MICRO LED/QLED的核心区别主要在于,在TFT结构之中封装的发光材料是OLED、QLED还是Micro LED。

第二,在将OLED/MICRO LED/QLED三种材料移植(涂覆)到TFT结构之上的过程中,所采用的基本技术形式主要有蒸渡工艺、印刷工艺及转移三大类。且印刷工艺是未来主要的研究方向。对于OLED/MICRO LED/QLED三种发光材料而言,OLED与QLED其移植工艺有一定的通用性。即,如果喷墨印刷的OLED技术完全成熟,QLED则可以很大程度上直接“拿来”应用(当然QLED也只能使用印刷技术)。MICRO LED转移更困难,目前台湾已成立专门的微转移联盟,发力解决这一难点。

正是因为在制造工艺上,OLED/MICRO LED/QLED这些技术的相似性,业内才认为:下一代显示技术路线之争,远没有当年液晶和等离子“你死我活”般的激烈,毕竟OLED/MICRO LED/QLED等显示技术,通用设备与工艺的比例在7成左右。

OLED/MICROLED/QLED的不同之处

从最终显示产品的结构上看,OLED/MICRO LED/QLED都是TFT结构上排列电光转化材料。这个结构上的一致性,决定了OLED/MICRO LED/QLED三种显示技术的不同之处,主要由这三种显示技术所用到的电光转化材料的差异决定。

OLED/MICRO LED/QLED作为下一代显示技术核心材料,其主要特点为发光波长集中度比较高,即作为显示产品色彩水平高;电光控制便捷,即显示画面的反应速度快;电流驱动具有开闭状态和发光功率的极高可调性,即显示画面的灰度效果好、最终对比度接近无穷大;材料自身的技术进步空间巨大,最终产品节能性将比较高。——这四个优势几乎完全和液晶显示的劣势对应,所以,无论那个技术赢得最终市场的胜利,液晶都是被替代的命运。

但是,OLED/MICRO LED/QLED三种技术也有不同之处。从缺点看,OLED作为有机材料、有机物质,有其固有缺陷——即寿命和稳定性,难以媲美无机材料的QLED和MICRO LED;QLED产品,虽然性能品质出色,但产业化进程不佳,或者说规模制备的难度不小。

MICRO LED产品,发光器件是固体化的微型LED灯珠(微米量级),虽然其制备与传统LED灯珠差异较大,但是也可很好继承传统LED产业的巨大产能和技术积累,不存在规模化生产的问题,但是MICRO LED灯珠是一种正负电极性的微结构,不像OLED和QLED是一种单纯材料,其产品在TFT基板上的迁移过程、移植工艺难度最高,工艺可靠性也最低。

或者说,在理想工艺条件下,Micro LED具有微结构制备比QLED和OLED复杂、产品电极性导致移植涂覆工艺复杂、Micro LED的微结构和电极性特点使得成膜的缺陷控制难度更高、Micro LED自身是刚性结构,虽然可以实现柔性,但是难度和工艺比OLED复杂(OLED则是最利于柔性显示的发光材料)。(尤其在大型化显示中,如电视机,Micro LED以上的缺陷会进一步被放大。)

但是,MICRO LED也有其独特优势:1.发光效率上,目前MICRO LED最高,且还在大幅提升空间;2.发光能量密度上,MICRO LED最高,且还有提升空间。——前者,有利于显示设备的节能;后者则可以节约显示设备有限的表面积,并部署更多的传感器。目前的理论结果是,MICRO LED和OLED比较,达到同等显示器亮度,只需要后者10%左右的涂覆面积。

虽然,OLED/MICRO LED/QLED的各自的特点如此鲜明,但是更大的一个问题是,从应用角度看,这三者几乎不具有“对手完全不具备的”优势。例如,OLED的核心问题“寿命”不及后两者,但是却也足以满足当下手机更替周期的使用需求——至于QLED理论上三五十年的使用其,则不具有实践上的意义。

所以,OLED/MICRO LED/QLED这些技术哪一个能够最终成为赢家,更多的不是取决于技术性能的对比,而是工程实践、规模制造下的成本性、可靠性。

OLED/MICROLED/QLED的各自优势和发展阶段

从工业实践角度看,OLED/MICRO LED/QLED三者的差距不小,但是却没有“生死之忧”。

首先,OLED最为成熟,中小尺寸市场已经大规模普及,大尺寸产品上LG也已经突破量产瓶颈,达到规模供应的水平。尤其是2016年以来手机市场对OLED爆发式的需求增长,大大促进了整个产业链的发展,所以在材料制备和成膜工艺上,OLED处于一个非常领先的地位。2017年三星和LG还要开展OLED喷墨打印规模化生产的示范线建设,将进一步加强OLED显示整条产业链的成熟度。

其次,QLED显示技术,还处于起跑阶段。尤其是,用于下一代显示面板的电致发光QLED材料,还没有突破规模制造的难题。但是,从另一个角度看,在喷墨打印成膜方面,QLED与OLED几乎具有一样的工艺过程,或者说OLED在前进的工艺方向,直接就是为QLED“做嫁衣”。

第三,MICRO LED显示技术,与QLED的处境还不一样。QLED主要瓶颈是材料制造。MICRO LED在这部分反而有比较好的基础:因为,工业上已经有大量的LED产能和制造经验。现有LED灯珠产品1010规格产品已经普及,0505规格产品量产突破成功——这距离MICRO LED所采用的微米级别产品大规模量产已经是只是两三年时间的问题。甚至可以说,MICRO LED材料端的历史支撑比OLED都要好。但是,在成膜移植工艺上,MICRO LED微米灯珠结构的要求最高——即,MICRO LED从OLED涂覆技术进步中得到的经验,要比QLED低很多。

当然,除了以上这些产业化的不同之外,OLED/MICRO LED/QLED还有一个共同的优势:即都能从液晶显示技术中继承已经高度成熟的电流驱动TFT技术(IGZO、LTPS、a-Si)——这一点上文已经有交代。

综上所述,OLED/MICRO LED/QLED三者的产业化进程可以如此概括:1.OLED基本成熟,正在开发更好的技术;2.QLED几乎完全处于实验室阶段,但是能从OLED发展中得到大部分工艺经验;3.MICRO LED几乎完全处于实验室阶段,成膜移植上有独特的技术难点,但是上游方面能从传统LED行业得到很多经验和产能支撑。

所以,未来平板显示技术几乎分成了两大阵营:第一是OLED已经在进行的真金白银的大举投资,第二是人们对QLED和MICRO LED美妙性能的憧憬。就如2017年苹果手机即将进入OLED时代一样,先用上OLED,在看能不能换更好的,已经成为行业共同选择。这姑且可以说是“OLED”第一阶段完胜。

关于下一代平板显示技术路线,剩下的问题则是,OLED显示的全部技术,至少有7成上下,可以被QLED和MICRO LED公用或者吸收。也就是说,如果后两者足够好,整个产业掉头并不太困难。这一点上,当初等离子和液晶的竞争,则是“连厂房规划”都不一样,几乎很少有共同技术。所以笔者的结论是,OLED/MICRO LED/QLED三者之间或许是“合作大于竞争”的关系。




来源:投影时代

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