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摺疊屏手機的功耗難題,新材料如何解決?

2023年11月03日 首頁 » 熱門科技

性能表現、拍攝能力和螢幕畫質,已經成為當今消費者選購智慧型手機的三大重要指標。其中,螢幕承載著整個作業系統的大部分體驗,玩遊戲、看影片、拍照、傳資訊…… 都要靠這塊小小的螢幕來實現。

當消費者對智慧型手機的升級不再如往常那樣興奮,手機廠商開始在螢幕上做文章。順應著這一思路,摺疊屏成為許多廠商探索創新的救命稻草。根據IDC報告,今年第一季度,我國智慧型手機市場出貨量同比下降11.8%,不過份額仍然較小的摺疊屏手機,出貨量卻上漲了52.8%,充分證明了摺疊屏手機的市場潛力。

2023年會是摺疊屏手機的新拐點嗎?摺疊屏手機在未來能否成為主流?Universal Display Corporation(UDC)業務發展部副總裁Mike Hack博士表示,消費電子產品的演變有很大一部分是由形態因素所推動的,設備的形態在消費電子領域正發揮著越來越重要的作用,而OLED(有機發光二極體)技術亦將如此。

形態因素:消費電子產品演變的關鍵

作為OLED顯示技術上游供應商,UDC為所有主流OLED面板製造商提供專有的UniversalPHOLED磷光OLED發光材料和技術,客戶包括三星顯示、京東方等。世界上幾乎所有搭載OLED螢幕的設備,都採用了UDC的磷光OLED(PHOLED)材料,能很好地提高OLED面板能效,同時,磷光OLED材料做到了滿足當下消費電子產品對於色域和使用壽命方面更高的要求的同時,亦能支持下一代產品的要求。

摺疊屏手機的功耗難題,新材料如何解決?
在UDC研發實驗室內打造出的柔性OLED照明面板

使用了UDC的磷光OLED材料的產品包括智慧型手機、手錶、筆記本電腦、平板電腦、電視機等等,當然也包括採用可摺疊和可捲曲螢幕的電子產品。

「OLED技術與電子設備的形態之間的關係是相輔相成的,」Mike Hack介紹稱,「OLED很輕薄,可以沉積在玻璃、金屬箔或塑膠上,由於 OLED 本質上是有機薄膜層,其本身便具有強適應性、可摺疊性和可捲曲性等特性,還能提供令人驚艷的視覺效果和性能。可摺疊OLED技術將便攜性、功能性和低功耗(在使用 UDC 的磷光 OLED 技術的情況下)完美地融合在一起,低功耗對於輕薄設備的生產至關重要。」

OLED技術不僅拓寬了消費電子市場,還開創了一個擁有新概念、新設計和新應用的時代。Mike Hack認為,OLED技術將成為一項無處不在的顯示技術,而具有高度適配性的、可摺疊和可捲曲的電子產品也有望在日常生活中普及。OLED技術也正引領著消費電子產業邁入至一個全新的創新領域和想像空間,同時也改變了當今世界對消費電子產品的認知。

捲曲顯示:柔性OLED找到新的可能

早在20年前,UDC創始人Sherwin Seligsohn就提出一種帶有可捲曲螢幕的小型電子設備。這一名為「通用通信設備」(Universal Communication Device)的概念產品,外形類似一支筆,外殼內嵌一塊捲曲螢幕,可向外抽拉延展。這一具有前瞻性的設計,使通信設備具有緊湊的機身,同時也能通過延展來顯示更多內容的螢幕。

摺疊屏手機的功耗難題,新材料如何解決?

Mike Hack表示,他預計可捲曲顯示設備將支持OLED市場的進一步增長,而UDC在各類展會上已關注到多款捲曲屏產品。參考可摺疊OLED的商業化進程,他相信消費級可捲曲電子產品正日益接近更廣泛的市場。

和可摺疊產品一樣,可捲曲顯示屏面臨的最大挑戰之一,便是確保包括保護膜在內的顯示屏所有層,都能在設備的使用壽命內,歷經數以千計的捲曲和摺疊之後,仍能保持優異的表現。另外,包括OLED背板、封裝層等組件,它們的集成方式也必須確保成品電子設備可在小曲率半徑內實現高頻次的彎曲。

Mike Hack指出,從材料科學角度來看,可捲曲顯示屏的研發確實是一項難度不小的挑戰。就UDC而言,需要與各類客戶保持密切合作,滿足他們不斷變化的材料規格要求,這其中也包括為目前市場上使用柔性塑膠基板產品發明和提供OLED材料。

為了實現柔性、可摺疊、可捲曲等創新、前衛的顯示技術,UDC的科學家和工程師首先必須通過在塑料上開發柔性OLED來驗證這些願景的可能性,這也是公司成立初期的一項重要成就。而現如今的OLED技術所提供的卓越畫質和磷光材料的高能效將為整個消費電子領域的各類新設備帶來更多機遇。

摺疊屏手機的功耗難題,新材料如何解決?

UDC開發先進、高能效的UniversalPHOLED材料

在OLED行業中,UDC以發光材料聞名,同時也開創並商用化了磷光OLED材料。在磷光OLED材料誕生前,業界普遍採用熒光材料,相比之下,磷光的發光效率更高(內量子效率方面),因此也更節能。在光的三原色中,現代 OLED 消費電子產品中的紅色和綠色光使用的是磷光 OLED 材料。而藍色磷光材料的研發較為困難,目前市場上藍色材料仍以熒光為主。UDC正積極投入到藍色磷光材料的研發,並計劃於2024年推出世界上第一款商用藍色磷光材料,可以將顯示屏的整體能效提高25%。

Mike Hack表示,UDC的科學家、工程師和技術人員正在不斷發明、開發和商用化新的紅色、綠色和黃色材料。同時,在正式發布藍色磷光材料之後,也期望在未來能夠開發出更具優勢的新一代藍色磷光材料。

布局中國:推動柔性OLED「革命」

由於部分宏觀因素的影響,中國智慧型手機市場正經歷著一系列的挑戰。但這絲毫不妨礙中國廠商積極投入投入到摺疊屏手機的研發當中,其中不乏華為、小米、OPPO、vivo等。UDC高級市場經理林永哲觀察到,中國的面板製造商是推動柔性OLED「革命」的主力軍,而可摺疊手機一直是中國乃至整個智慧型手機市場的增長亮點。

可摺疊手機在保持便攜性的同時為消費者提供了全新的、大尺寸顯示屏的選擇。與此同時,UDC也在不斷創新,提高發光材料的色點、能效和使用壽命。

UDC在中國致力於為客戶提供本地化支持,目前在中國大陸設有北京、成都、上海和深圳四個辦公室,每一個辦事處都有強大的技術和客戶服務團隊,為當地客戶提供現場支持和技術援助。早在2019年,UDC就擴大了在香港科學園的研究實驗室,加入當前全球範圍內最為先進的磷光OLED(PHOLED)應用中心。該應用中心可以進行更廣泛的工藝開發、測試和技術轉讓研究,也進一步拓寬了 UDC 的本地業務和服務範圍,可為客戶提供現場設備製造和測試。

目前,UDC位於香港的PHOLED應用中心正積極投身於新材料的引進以及與中國客戶的聯合工程合作,並在 UDC 團隊豐富專業知識的支持下,加強和加快他們在各自產品設計中對UDC磷光OLED材料的及時評估和採用。

此外,中國本土品牌亦幫助擴展了OLED技術的應用範疇,同時也在協助該技術進入中端市場,甚至帶到一些低端智慧型手機當中。林永哲指出,隨著越來越多的OEM廠商開始投入到可摺疊類產品並將它們引入市場,他預計可摺疊類產品的普及率也將逐步提高,並在未來成為一個關鍵的增長領域。

永續發展:新材料促進可持續升級

在增長的同時,可持續發展也是當前許多硬體廠商不得不面對的難題。隨著2024年實現藍色磷光材料商業化的目標落地,UDC預計磷光 OLED 材料的優勢將進一步擴大,並能為顯示設備等廠商的可持續發展計劃提供有效支撐。與此同時,OLED電視市場也具有巨大的增長潛力。UDC突破性的有機蒸汽噴墨印刷(OVJP)製造平台可以實現更低成本、更高產能的OLED電視製造,製造出更先進、性能更高的OLED架構,而這些架構目前是無法在傳統的VTE設備中製造出的。

UDC在今年8月宣布世界上首個完全印刷、高解析度、RGB 並排PHOLED疊層的誕生,性能與通過VTE技術所得到的產品性能相當。這一重大成就使OVJP成為OLED電視的完整沉積解決方案(用於列印所有 OLED 層),為OLED電視提供了吞吐量更快、占地面積更小、成本效益更高的製造平台。

除此之外,在提高發光效率和設備壽命方面,UDC也在不斷探索其他的可能性。Mike Hack介紹說,等離子磷光材料(Plasmonic PHOLED),UDC專有的一項新型OLED設備架構,也是當前一項重要的內部研發計劃,可顯著提高能效和設備壽命。

在傳統的OLED設備架構中,激子的形成和隨後的光發射均發生在OLED堆棧體的中間,以此來避免來自陰極的淬火。而等離子磷光材料的設計,通過有效管理和快速淬滅激子,使其成為銀陰極中的等離子體,然後利用放置在陰極頂部的特殊外耦合納米粒子陣列將其轉換回光子(即光源),從而提高設備的穩定性。通過被稱為等離子體的物理學現象,等離子磷光OLED設備利用激子來吸收能量,並通過優化步驟將這些能量轉化為光,做到了設備使用壽命和能效的進一步提升。

通過這一工藝,等離子磷光架構既延長了磷光材料使用壽命,又提高了發光效率。因此,這種新型器件架構的商業化將成為 UDC 和業界的一個重大里程碑。不過在此之前,UDC將把重點繼續放在藍色磷光材料與高效率、高成本效益的下一代 OLED 材料解決方案和技術的研發上。

Mike Hack指出,能源效率是未來顯示材料、設備和技術的核心所在,而磷光OLED材料則是具有令人難以置信的能效優勢。該材料在降低設備碳足跡的同時,還能為電子設備帶來更長的電池壽命、更小的電池體積、更薄的設備尺寸、更高的螢幕亮度、更低的工作溫度等一系列功能優勢。

OLED技術在顯示領域擁有巨大潛力,已經成為智能手錶、手機、平板電腦、電視機等消費電子產品不可或缺的一部分。在這個過程中,UDC的策略和投入將在推動OLED技術與市場發展中起到關鍵作用。隨著OLED技術的不斷進步與在眾多產品中的進一步應用,可摺疊及可捲曲顯示設備的未來,將更加值得我們期待。

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