像素密度10000PPI!OLED屏之王诞生 三星联手斯坦福设计
2020-10-26 18:41:10  出处:雷锋网  作者:付静 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

谈及 OLED,有人时常会冒出一句:

LCD 永不为奴。

不过就在最近,OLED 技术再次获得了新突破:PPI 像素密度达到 10000!

韩国三星电子三星综合技术院(Samsung Advanced Institute of Technology)联合美国斯坦福大学 Geballe 先进材料实验室、韩国汉阳大学物理系,设计出了每英寸 10000 像素的全彩色、高亮度 OLED 显示器,这一成果有望在 VR、AR 中得以应用。

2020 年 10 月 23 日,相关论文发表于知名学术期刊 Science,题为 Metasurface-driven OLED displays beyond 10,000 pixels per inch(超表面驱动 OLED 显示器每英寸像素超 10000)。

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LCD 与继任者 OLED

OLED,全称 Organic Light-Emitting Diode,即“有机发光二级管”,是 LCD(Liquid Crystal display,液晶显示)技术公认的继任者。

LCD 的原理大致是:将一个液晶盒放在平行的 2 块玻璃基板中间,下基板设置了薄膜晶体管,上基板设置了彩色滤光片。薄膜晶体管上的信号、电压变化可以控制液晶分子的转动,由此控制每个像素点偏振光出射与否,显示的目的也便达到了。

而 OLED 技术是由电场驱动——采用的是有机材料涂层和玻璃基板,当电流通过时,有机材料就会发光。OLED 的每个像素点自身都能独立发光,而每个像素点是由红绿蓝 3 个次像素组成的。每个子像素点都可以看作是一颗 LED 灯,像素组成的阵列就是 OLED 面板了。

说到红绿蓝次像素,很多人可能还记得之前上过热搜的一个词:“周冬雨排列”。

“周冬雨排列”到底是什么,就连周冬雨本人都搞不明白,还跑到知乎提问。

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据网友解释,“周冬雨排列”长下面这样,神似一个个“周冬雨的凝视”:

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实际上它是指京东方(BOE)的 Triangular PenTile 排列,是一种屏幕次像素的排列方式。

从专业角度来看,OLED 屏不同颜色像素点的材质不同,蓝色像素点寿命较短。

为解决这个问题,像素点可以有多种排列方式,排列方式直接影响着屏幕清晰度,而京东方的这种排列在某些方向实际分辨率会下降,使用了京东方 OLED 屏的华为 Mate 20 Pro 还曾爆出了屏幕边缘出现绿色调的光晕,因此外界对其的吐槽也不少。相比于这种排列,世界级面板产商三星的“钻石排列”清晰度更佳。

简单总结一下,LCD 的光源层和显示层分离,OLED 光源层和显示层合二为一。

基于此,OLED 显示屏相比之下有不少优势,比如轻薄、可视角度大、能耗低、亮度高,还可以显示纯黑色、可以弯曲,能够满足曲屏电子设备的制造。

但 OLED 并不是完全吊打 LCD,LCD 党的论据在于,OLED 寿命较短不耐用、烧屏频闪易伤眼。

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PPI 达到 10000

实际上,在 OLED 显示屏领域,三星(以及 LG)可谓是遥遥领先的巨头,不仅在竞争激烈的市场中积极地进行战略部署,技术上也总是快人一步。

正如 IEEE 所说,OLED 屏实现了商业成功,但自然还有提升空间。

目前,当屏幕和眼睛保持一定距离时,每英寸像素数大约在几百左右,智能手机屏幕每英寸只能容纳 400-500 像素(iPhone 12 Pro 的超视网膜 XDR 显示屏为 460PPI),电视屏幕每英寸仅 100-200 像素。而对于 VR、AR 设备,所需的像素密度为每英寸几千个像素,而当前的显示技术还无法满足要求。

基于此,研究团队设计了全彩色、高亮度的新型 OLED 显示器,利用 OLED 薄膜在两层反射层之间发射白光:

一层由银薄膜构成;

另一层是作为可调后向反射器(tunable back-reflector)的“超表面”,就像由一个个 80 纳米高、100 纳米宽的柱子组成的森林,每一根柱子的间距小于光的波长。

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研究人员表示:

每英寸 10000 像素的超高密度,轻松满足了在眼镜或隐形眼镜上制造下一代微型显示器的需求。

具体来讲,显示器超表面的每个像素都被分成了 4 个大小相同的亚像素。

原则上,OLED 薄膜可以指定它们照射的亚像素,亚像素中的纳米柱可以操纵落在它们上面的白光。

这样一来,每个亚像素可以反射特定颜色的光,而这是由纳米柱之间的间距决定的——在每个像素中:

纳米柱排列最密集的亚像素产生红光;

纳米柱密度适中的亚像素产生绿光;

纳米柱密度最小的亚像素产生蓝光。

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上图是扫描电子显微镜下的“纳米柱森林”。发出的光在 OLED 显示器的反射层之间来回反射,直到最终通过银薄膜从显示器表面逃逸。

据了解,这种光线在显示器内部积聚的方式,将使其发光效率成为标准颜色过滤白色 OLED 显示器的 2 倍,且颜色纯度也更高。斯坦福大学光学工程师、论文合著者之一 Mark Brongersma 表示:

乐器要想发出声音,常常需要一种共鸣腔,它能产生优美的纯音。光线也是同样的道理,不同颜色的光会在这些像素上产生“共鸣”。

另外,论文第一作者、三星综合技术院(三星电子的中央研究所)的纳米光子工程师 Won-Jae Joo 还透露:

每英寸达到 10000 像素的结果振奋人心,根据我们的模拟结果,像素密度的理论缩放极限估计是每英寸 20000 像素。

就潜在应用而言,Mark Brongersma 认为短期而言团队的关注点在于 VR 设备——由于 VR 显示器离用户的眼睛很近,高分辨率是创造幻觉的关键;在未来,超表面还可能在太阳能电池和光传感器等应用中用于捕获光线。

由此可见,这一研究对于 OLED 领域来讲是一次不小的突破。

三星连发 Nature、Science

实际上,作为显示屏霸主,仅仅是在科研方面,三星的成果有目共睹。

早在 2016 年,三星就联合哈佛大学、MIT,筛选出了超过 1000 个用于 OLED 的蓝光分子,一个主要的目的就是大幅降低生产成本,并提升 OLED 屏的性能。

这项研究在当时的意义就在于,不少人认为 OLED 取代 LCD 只是时间的问题,但主要的问题之一就是 OLED 的制造成本过高,与 LCD 的价差降低,才会更能显示出 OLED 的优势。

2019 年 11 月 27 日,三星在 Nature 上发布了 QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes,量子点发光二极管)的潜在商业化研究。在这项研究中,团队通过改善量子点的结构,将量子效率提高了 21.4%,并将 QLED 寿命延长至一百万小时。

前不久的 10 月 14 日,三星再次在 Nature 上发表有关 QD-LED 技术的论文。团队实现了 20.2% 的发光效率提升、88900 尼特的最大亮度和 16000 个小时的 QLED 寿命。

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前后不到 10 天,三星就又发表了 OLED 屏的重要突破。

一般而言,OLED 被认为是下一代智能手机显示屏的最佳方案,今年 4 月三星也宣布关闭中国、韩国的 LCD 面板生产线。未来 OLED 技术将会有怎样的飞跃,我们拭目以待。

- THE END -

#三星#OLED

原文链接:雷锋网 责任编辑:上方文Q

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