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萨德之后,韩国的OLED科技进展

叶国光 · 2017-08-08
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OLED赢天时、LCD强地利、QLED胜人和

老叶的韩国观察

韩国与中国目前正处于非常低潮的状态,原因当然是萨德系统,在深圳飞往仁川的航班上,我已经有很深的感受,原来一天两班飞机变成一班,我坐的这个班次飞机还是中小型的飞机,而且里面还有空位,可见两国关系确实有点严峻。机场免税店里面会说中文的导购服务员比较空闲,对我的服务可谓无微不至,当然在情感上我还是比较支持抵制韩国的,所以在韩国,没有别的行程,时间能短就短,尽量少花钱,目的很明确,就是取经学习OLED新技术,否则中国的愤青看到我的文章又要骂我了。

图一、萨德事件让韩国旅游业雪上加霜,韩国仁川机场相对冷清

当我在韩国入境的当下,看见几个美国大兵在等候他们的朋友与亲人,美国对韩国在政治军事介入之深由此可见!韩国人现在很矛盾,既想要赚中国人的钱又要防着朝鲜导弹,但是韩国很多人对政治军事与科技缺乏专业的认知,萨德根本防不了朝鲜的导弹或火炮,因为太近了,我的韩国朋友们大部分都知道这一点,但是他们也很无奈,毕竟在民主化的国家,精英总是少数,老百姓总是喜欢人云亦云,很容易受到简单的宣传所感染,一个精英无法参与的民主制度,最后就是进退两难,啥事都不敢做,结果可能就是自食恶果,百业萧条,而韩国人敢爱敢恨的极端个性又让最优秀的精英们更不敢到政府部门了,他们最优秀的人只能到大财阀大公司发展,所以三星在韩国像宇宙的超级大黑洞一样吸尽了韩国人才与资源。

韩国人的赌性我觉得不会比中国人弱,韩国的博彩业不会比中国的澳门逊色,如果你在赌场里面看见东方面孔,除了中国人我想最多的就是韩国人,韩国因为国家比较小,社会与国家资源不能像中国一样做到面面俱到,什么东西都搞,怎么办?只有赌,而且赌注非常巨大,巨大到如果输了会动摇国本,OLED当然就是他们的大赌注之一,想到OLED这个行业,你几乎只能想到两家公司,就是三星与LG,我不想说他们有远见,只能说从目前来看他们就是赌对了。

图二、三星与LG的OLED技术路线不同,但是他们同样看好OLED,也几乎倾注全力赌上去了

LED与OLED的现状与出路在哪里?

第一、LED还剩三个蓝海

在一个姻缘巧合之下,我涉入了OLED这个对我完全陌生的产业,也许是出于对LED产业的失望,也许LED这个产业对我来说已经完全没有吸引力了,成熟的市场与成熟的技术,对投资LED的老板来说,好处是不用去迁就与奉承那些搞技术的理工技术男了,坏处是,由于门槛低,大家都在搞,结果杀得变成一个血腥的红海市场,越来越难赚钱,虽然还有很多不错的蓝海,但是对从事LED技术的人来说,这个行业已经是强弩之末了,我觉得LED只剩下三个蓝海:

1、高端产品例如汽车照明应用,但是我们很难进入,因为在这个领域欧美大厂有百年的沉淀,技术上例如光学设计、光效与寿命对我们都不是问题,最大的问题就是他们可以用安全与专利来抗拒中国企业进入,所以这块市场我们很努力,但是收效甚微。

2、红外与紫外的非可见光LED市场,毛利高,但是体量小,是个小众市场。

3、就是所谓的可见光通信LiFi与Micro LED,前一个去年与前年热炒过一次,后一个今年很火热,几乎在显示业界掀起了一阵波涛,但是只闻楼梯响不见人下来是这两个技术目前的现状,而且最近声音越来越响亮,连韩国人都有点坐不住了,深怕他们倾注的OLED产业会栽跟斗被翻盘了,可惜现在这些讨论Micro LED的公司或研究单位都是聚焦在工艺与技术的可行性研究,更别说如何应用在产品上了,至少我目前还没有看到哪种显示器有用Micro LED,所以Micro LED估计还有非常长的路要走,我想只有忍得住孤独寂寞的显示技术从业者才能坚持得下去吧!

第二、OLED在照明领域估计没戏

OLED以前我不是很看好,因为良率与光效的原因导致价格贵得离谱,2014年初的东京LED/OLED照明展会上,二百块大约只能买到100流明的光源,这大约是LED在2000年左右的水平,今年的OLED在光效与良率有了一些突破,目前100流明的光源大约只要30~50块钱,大约是2005年LED的水平,而LED背光封装器件3030的价格大约是100流明三毛钱左右,两者性价比差了100倍以上,但是从这个趋势来看,OLED追赶得也很快,三年时间走了当初LED五年的进步幅度。

但是学习物理的我仔细探究OLED的结构与制程,以目前主流的蒸镀与喷墨印刷制程技术来看,我认为OLED不可能做出像LED这么精密与复杂的量子井或超晶格结构,内部量子效率的限制让它的光效会有一个极限,估计很难达到100流明瓦以上的水平,我们知道目前LED没有100流明瓦以上的光源是很难让主流照明产品接受的,所以未来OLED在照明这个领域估计没戏,就算性价比接近LED了,但是因为光效的原因,注定它只能应用在设计师千奇百怪的灯具造型上,它的薄,它的可朔性,它的面发光特性,肯定会让设计师爱不释手,但是这也注定它永远到不了一般老百姓的家里,当LED照明的光效200流明瓦的时候,省电这一点估计OLED就输得彻底了。

第三、OLED在显示领域很有希望

失之东隅,收之桑榆,东方不亮西方亮,虽然OLED的局限性让它在照明应用会败下阵来,但是在显示方面,它却有比液晶加上LED的显示技术天生的优势,此话怎讲?

我们先用简单的话语讲讲这两个显示技术,简单来说,液晶电视是利用白色背光+彩色滤光片来显色的,也就是说它自身无法发出R、G、B三色,需要靠彩色滤光片来获得颜色。

而OLED天生就能发出R、G、B三色,属于自发光显示,当然现在也有使用白光OLED(简称WOLED)+彩色滤光片的廉价OLED大尺寸显示方案,虽然使用了背光结构,但还是属于自发光的范畴。因为是自发光,所以OLED的色彩非常浓郁,而且透光性能极佳,画面有种呼之欲出的立体感。虽然高端液晶例如加上量子点的色域不见得会比OLED差,但画面感觉就像蒙了一层雾,不够通透,原因就在于液晶并非自发光结构。当然,液晶要想做出自发光的那种画面质感也是可以的,代价就是成本再拉高,那么作为消费者的你愿意吗?

OLED的另一个好处是黑色够黑,对比度超高,所以画面的层次感也非常好,不会像液晶那样画面平面化。某些OLED厂商在推广OLED显示产品时,就会拿它的黑位当杀手锏,因为自发光显示在显示黑色时是完全关闭像素的,所以是完完全全的纯黑,而液晶在显示黑色时,只是扭转液晶分子排列以最大可能遮挡背光,注意是“最大可能”而不是全部,所以一定会有部分漏光,液晶的黑色其实应该叫灰色才对。

另外,OLED的响应速度也比液晶更快,这也是自发光屏幕的固有优势。由于液晶在图案变化时是依靠液晶偏转来调整灰阶的,但液晶偏转的速度本身并没有那么快,导致在显示移动画面时总有拖影与模糊现象,这是液晶的原罪。你对比一台液晶电视与OLED电视就会发现,液晶的画面总是一顿一顿的,移动画面也不够清晰,OLED的帧数过渡就很流畅,细节能够始终保持清晰。

图三、OLED显示的优势明显(视角大,明暗对比度好,快速响应时间与可伸曲性)

第四、OLED显示还有三个问题要克服

当然就像当初LED一样,OLED的问题也需要时间去克服它的问题,主要有三点:

第一点是价格或是性价比吧,目前OLED显示产品跟液晶相比价格还是很高,良率当然是关键,蒸镀技术算是比较成熟了,但是目前三星的良率大约只能到70%~80%左右,原因在下一段会说明。

第二点是寿命,OLED属于有机发光材料,极易受到氧化而产生色衰,尤其是蓝色OLED材料,不仅发光效率低,而且色彩衰减得比红色、绿色都快。

第三是像素受限,蒸镀技术因为金属光罩的局限性,让未来的OLED做不到液晶的4k或8k的画质,这一点也是OLED的弱项。

所以,OLED的先天条件是很不错的,被誉为“下一代显示技术”自然有它的道理,但就和所有技术一样,过程中总会有各种各样的问题,所以必然有一个过渡的阶段,只能说OLED确实还不够成熟,但这也不会掩盖它未来的爆发力与潜力,在显示应用方面,我还是看好OLED。

图四、OLED在显示市场方面前景诱人,下一代显示王当之无愧

OLED的技术难点到底是什么?

2017年7月底的韩国之行,让我对OLED的技术有了进一步了解,根据我的观察,OLED在五年内绝对是韩国人的天下,所以围绕三星与LG这两家大财团成立了很多OLED相关配套的高科技企业,目前也卓有成效,因为他们已经把OLED应用在中小显示器了,当然LG也用WOLED的技术使用于大尺寸液晶电视,我相信在手机显示方面,OLED会在不久的将来,大概五年内可以全面取代液晶,大尺寸的OLED电视估计没这么快,OLED现在要解决的只是良率与相应的成本偏高的问题,以电子与高科技的进步速度,我相信时间站在OLED这一边,毕竟液晶与LED背光已经发展到高原期了!

图五、我与FMM技术开发商Mirae Solutec公司高层合影,这家公司是提供FMM技术配套的关键厂家之一

这次韩国行,我们拜访的企业是提供精细金属遮罩FMM(Fine Metal Mask)给三星的厂家,FMM目前是OLED比较成熟的技术,为了让大家了解OLED工艺,我先科普一下OLED的显示技术:

目前有两种制造OLED的技术,一种是FMM(精细金属遮罩,Fine Metal Mask,也叫精细金属掩膜板),采用红、绿、蓝像素并置法(RGB-SBS,Side-By-Side),由红、绿、蓝像素分别发光所组成,不仅能获得较佳色彩饱和度,还能省电,但大尺寸蒸镀(Evaporation)非常不容易,所以,这种技术路线在大尺寸面板规模量产是比较难的,成本很高,良品率非常低,这是三星所选择的技术路线,因此,三星迟迟没有量产上市OLED电视,核心原因就是这里,因为技术没办法短期内实现量产大尺寸AMOLED面板。

另一种,就是LG为代表的WOLED技术了。从市面上的彩电产品看,高效率的白光(White)OLED技术已经逐步成真,并且随着材料与元件的技术演进,白光OLED技术已到达大尺寸显示器领域上可以被接受的水准,至少是比现在的液晶电视要完美得多。但是相较于采用红、绿、蓝像素并置法的FMM技术的OLED广色域与高色纯度,WOLED毕竟是妥协版。

图六、AMOLED结构示意图 

OLED的前面加上AM两个字,就是目前最热门的AMOLED(有源矩阵OLED:Active-Matrix Organic Light Emitting Diode)显示面板的制程,如图六所示,这个制程有很多环节与LCD面板制程产线与技术可以共用,AM是有源矩阵与TFT是一个概念,目前AMOLED与TFT LCD都是使用一样的基板,在画面控制方面现在的主流是低温多晶硅薄膜晶体管LTPS-TFT(Low Temperature Poly-Silicone Thin Film Transistor)技术,所以显示技术的控制是相通的,如图七是AMOLED的工艺流程图,我们可以看到OLED与LCD工艺最大的不同就是需要将红绿蓝OLED材料利用蒸镀的方法镀在有透明导电薄膜ITO线路的基板上,而因为每个像素的面积很小,所以蒸镀制程里面除了蒸镀机很贵很难买以外,最关键的技术就是金属遮罩(Metal Mask)的制程。

图七、AMOLED的工艺流程图

目前有FMM(Fine Metal Mask)与OMM(Open Metal Mask)两种金属遮罩技术,FMM技术比较主流,由于蒸镀的温度较高,FMM需要用低膨胀系数的材料防止变形扭曲每个像素点,目前主流材料是镍铁合金(Ni-Fe Inver)组成的金属遮罩(Mask Sheet),金属遮罩的图形如图八(a)所示,金属遮罩成型后成为金属遮罩版(Mask Frame)。

由于是垂直蒸镀,FMM会因为重力向下变形,如图八(b)所示,所以金属遮罩的拉伸工艺(Mask Stretcher)非常重要,它是OLED良率很关键的制程之一,根据韩国人的说法,虽然没有蒸镀机贵得离谱,但是拉伸的设备一台机的价格据说超过200万美金。如图八(c)所示,拉伸之后经过组装工艺(Mask Assembly)成为与镀膜机精准贴合的FMM模组。最后如图八(d)所示,蒸镀机开始镀OLED结构的数层薄膜,FMM蒸镀制程完成。由图七可知,这几个工艺看似简单,但是难度非常高,这也是目前OLED良率最大的瓶颈!

图八、FMM制程的关键步骤

显示技术的三国鼎立,Micro LED会在里面吗?

第一、OLED赢天时、LCD强地利、QLED胜人和

从上面的介绍,也许FMM技术瓶颈的解决也是必然的方向,这个技术目前的缺点就是无法大尺寸化,手机是它最大的市场!而白光WOLED的发展速度比较快,由于成本低,良品率也高,所以比较受彩电厂家的青睐。

我认为OLED之后的下一代显示技术是电致发量子点技术或是用OLED光致发量子点技术,电致发量子点工艺与技术跟OLED相近,韩国人也做好了相应的技术储备,至于Micro LED,我相信韩国是不看好的,他们只是买个保险,很多关于韩国厂家涉入Micro LED的新闻,我想这只是韩国强烈危机感的一种体现罢了,至于到底会不会威胁到OLED,以学物理的我来说,我认为很难。

我们可以用图九的比较来给大家说明一下,蒸镀法的OLED与Micro LED最大的不同就是,蒸镀的OLED是利用精细金属遮罩FMM的技术,将RGB三种OLED发光结构经过FMM的像素孔,一层一层地镀在有透明电极ITO线路的TFT基板上,虽然材料利用率很低,目前也达不到很理想的良率,但是至少工艺上比较行得通,改善空间很大;而Micro LED是将非常小的1.5mil~2mil宽度的RGB发光芯片放在TFT基板上,一片手机面板可能要一次放几百万颗Micro LED的芯片,RGB三种颜色要分开来放,而且芯片与TFT基板要欧姆接合,我想这已经不是工业品而是艺术品了。

图九、TFT-LCD,AMOLED与Micro LED三种显示技术示意图

因此,我认为未来五年的显示技术一定是高清液晶、OLED与量子点三者的天下,目前中国大陆与台湾厂家在LCD方面进行军备竞赛,富士康联合夏普在中国广州与美国威斯康辛计划进行10.5代8k面板厂的计划,京东方与华星也是砸大钱要将LCD高清面板进行到底;量子点未来会左右逢源,它既是LCD的加强版,也会是OLED的进阶版,LCD、OLED与量子点三者在未来可以鼎足而立。我认为LCD赢在地利,中国与美国市场强劲的需求,运输问题让地利之便与价格优势的LCD产业会持续很长的稳定需求;OLED目前强在天时,人类对轻薄、可朔性与色彩饱和的需求强烈,OLED来得时间既巧又妙;量子点胜在人和,LCD与OLED都需要它,没有它这两种显示技术都会相对逊色。

第二、Micro LED离产业化还要很久

Micro LED离产业化还要很久很久,台湾的热炒与苹果的神秘研发基地都有一点故弄玄虚的味道,最大的目的就是不想让竞争对手予取予求,想象一下苹果的iphone 8没有OLED技术,苹果还有什么新东西可以展示它的技术优越性呢?它喜欢OLED但是又不想让韩国太得意,声东击西是人们摆脱牵制的一门艺术,追求女孩子如此,谈判桌上不也是如此吗?台湾捧Micro LED就更容易理解了,也是赌,LED赌输了大陆,显示赌输了韩国,现在还有一点老本,于是全部押注在Micro LED!

能不能成功?我现在不做判断,不过台湾的筹码越来越少了,能不能赌赢?就看台湾的运气了!

*注:本文由行家说APP与行家专栏作者叶国光联合出品。谢绝任何未经许可的转载。授权或者加入芯片封装群,请联系微信号:hangjia199

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Picosun China CTO,Picosun集团总部位于芬兰,是先进的工业原子层沉积(ALD)薄膜涂层技术的领先供应商。
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