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从技术角度判断:OLED能否最终取代LCD?

王明 2019-10-15 1902 0

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剖析产业发展现状

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LCD成本低、寿命长,而OLED轻薄、功耗低、响应速度快。但是两者也都有目前的工艺技术还无法克服的缺点。

摘要:目前,显示市场主要是TFT-LCD(一种LCD显示技术)和OLED这两种技术在竞争。2016年,TFT-LCD技术的市场份额约为85%,OLED技术的市场份额约占15%。OLED技术经过20多年的发展,被普遍认为是最有希望的未来平板显示技术,将最终取代LCD,就像液晶显示取代显像管显示一样。而有人认为从现在的市场规模看,OLED技术和LCD技术还是并列发展的关系,LCD仍然是市场的主流,未来可能在细分领域上各有千秋,共存互补。本文对比了OLED技术和LCD技术的优势和劣势,讨论了未来显示技术的发展趋势。

  构成材料:OLED结构简单,工序少,蓝光材料衰变致寿命较短

  LCD为上玻璃基板设置彩色滤光片,下玻璃基板设置薄膜晶体管,两玻璃基板之间夹着液晶盒。其结构还包括偏光片、背光模组、扩散膜、导光板等,组成相对复杂。OLED结构简单,仅有两层薄膜和玻璃/塑料基板,如图1所示。无需背光模组,也没有彩色滤光片、扩散膜、导光板等。所以由OLED制成的显示器更薄,制作工序比LCD少,量产后成本可以明显降低。

图1 LCD和OLED结构对比

(来源:中国OLED网)

  OLED采用有机发光材料,结构简单可实现自发光,然而OLED三种发光材料的寿命各不相同,蓝光材料的衰变导致OLED寿命较短。其本质是高分子有机材料,而LCD采用的是无机蓝光光源材料。有数据表明:在蓝光发光材料寿命方面,LCD是OLED的5倍。LCD采用LED背光源,具有功耗小,使用寿命长等优点,但背光源仍然需要加入导光器件,使出射光更加均匀,但显示结构变得更加复杂,如表1所示。

表1 LCD和OLED材料对比

  

(来源:《液晶与显示》第33卷)

  显示原理:OLED主动发光,比LCD亮度高,稳定性好

  OLED利用有机发光层的材料能阶差,将释放出来的能量转化为光子,稳定性好,发光效率高。主动发光显示,比LCD亮度更高。

  LCD使用LED背光源半导体PN结多数载流子和少数载流子的复合,将多余能量以光的形式释放,光能转化效率高,发光亮度均匀。其为非主动发光,使得动态对比度、宽容度等性能不如OLED。

  显示性能:OLED功耗小、可视度高、可弯曲,但易与水氧反应失效

  相比OLED,LCD发展时间长,成本、寿命具有明显优势,但是其显示需要背光通过液晶和配向膜等结构,输出光线具有一定的方向性,导致可视角度小,响应速度较慢,看视频会出现拖尾现象。因为其结构复杂,厚度较大,功耗不能做到很低。独立的晶体管控制LCD的单元格构成的像素点,晶体管坏掉会导致屏幕坏点出现。

  OLED有机材料层很薄,响应速度快、色域宽,可以实现柔性显示,但有机发光材料容易与环境中的水氧发生反应,而使得器件失效,使用寿命较短。具体对比见表2。

表2 LCD和OLED显示性能对比

  

(来源:中国知网)

  应用领域:LCD涵盖高中低端,OLED难以大尺寸化

  由于LCD显示器像素点无间隔,相同尺寸可以容纳高密度像素点,广泛应用于高清电视和电脑,LCD背光源具有较高亮度,可用于室内大屏显示。其在高、中、低端市场都有大量应用。

  OLED显示无辐射、重量轻、功耗低、响应速度快,因此特别适用于数码产品、仪器仪表等领域,近些年来,已经提抢占LCD多种应用市场。目前,笔记本电脑、台式电脑都已推出OLED产品。但是其成本较高还没有实现大范围应用。而且小分子发光层需要真空镀膜,尺寸大需要很大的真空空间,目前技术还不能满足,所以OLED难以大尺寸化应用。见表3。

表3 LCD和OLED应用领域对比

(来源:中国知网)

  技术进展:LCD提高分辨率和画质,OLED提高寿命和尺寸、降低成本

  京东方工程师观察,近几年LCD显示技术在高画质、低功耗以及功能集成等方面都呈现了跨越式的发展趋势。由于虚拟显示、裸眼3D显示技术的带动,高分辨率将会呈现更加迅速的发展势头。

  北京维信诺高级工程师根据国内外主要研究机构(三星、LG、松下等)的规划归纳出,OLED器件的研究主要集中在低成本、高效率、长寿命、规模化、大尺寸的生产工艺。

  研究统计:OLED专利论文增长率较高,但LCD仍然具有数量优势

  我们利用LCD和OLED两个关键词,在国家知识产权局授权的专利统计系统和中国知网查询,得出图2和图3。


图2 LCD和OLED历年专利量(件)

(来源:专利汇)


图3 LCD和OLED历年论文量(篇)

(来源:中国知网)

  通过对比发现,国内历年LCD的专利量和论文量相比OLED的具有绝对的领先优势,这说明从事LCD研发的人员具有一定的数量优势。LCD的专利量从2016年呈下降趋势,论文量从2012年呈下降趋势。OLED近三年专利量增长率远远高于LCD,从2011年开始,OLED的论文量增长率远远高于LCD,这也说明OLED技术发展潜力大,相对不成熟。

  结语

  LCD成本低、寿命长,而OLED轻薄、功耗低、响应速度快。但是两者也都有目前的工艺技术还无法克服的缺陷。从构成材料、显示原理、显示性能来看,两者并不存在类似胶卷相机和数码相机一样革命性的差距。

  目前的市场现状,LCD还是主流显示技术,OLED技术研发增长率较高,但LCD历年的技术研发成果产出远远高于OLED。两者都朝着克服自身缺陷的方向发展。从统计学的角度看,为什么OLED的技术迭代快到可以取代LCD?我们觉得这是一个小概率事件。未来,LCD和OLED更大的可能是在各自细分的应用领域继续发光。


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