AMOLED屏幕无偏光片技术解析
刘延 于 2021.08.19 10:47:02 | 源自:www.soomal.com | 版权:特约 | 平均/总评分:09.67/203
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8月12日,三星发布会带来了Galaxy Z Fold3,随后三星显示微博上表示,该手机采用了ECO2 OLED™,该技术通过屏幕叠层结构代替传统核心材料偏光片,以提升透光率,降低面板功耗。这是无偏光片AMOLED产品在消费级电子产品中的首次应用,这项技术为什么能降低面板功耗?偏光片又是怎么去掉的?本文将对此技术进行简单解析。

  • 偏光片是什么?

  • 偏光片用于将光线变成某一个方向的波动,即偏振光(Polarization)。日常经常可以看到的偏光片包括电影院的3D眼镜、摄影爱好者们的偏振镜、偏振功能的墨镜等,电影院的3D眼镜就是透振方向相互垂直的偏振片,让两只眼睛看到的图像略有不同,通过脑补,实现观影立体感。

  • 在数码产品中,LCD屏幕是偏光片消耗大户。偏光片用于LCD屏幕上,用来形成偏振光,进而透光形成色彩和明暗对比。一块LCD屏幕会用到两张偏光片,靠下的一张用于将普通的背光转化成偏振光,靠上的一张用于解析经过液晶调制后形成的偏振光,进而形成明暗对比和色彩对比。具体原理我们在这不赘述,有兴趣的读者可以搜一搜相关科普。 AMOLED屏幕中偏光片的应用

    AMOLED屏幕和LCD屏幕显示原理不一样,AMOLED屏幕相当于有几百万个小LED灯,通过控制每个LED灯的亮度、明暗和闪烁频率调整色彩和亮度,因此理论上AMOLED屏幕显示并不需要偏光片。

  • 但问题来了,AMOLED基板会反光,它看起来像一张银色反光的锡箔纸,还不会皱的那种,导致在环境光稍微强一点的地方,屏幕因为反光,显示效果和对比度就会大幅下降。因此AMOLED屏幕采用了一种相对特殊的偏光片—圆偏光片—用于降低反射。如下图,光线入射到偏光片内后成为垂直方向的偏振光,反射后成水平方向的偏振光,因而不能透过偏光片,反射到人眼中。也就是说,在AMOLED屏幕上,偏光片的用途是降低反光。

  • 无偏光片可提升理论亮度、降低屏幕弯折半径,因此率先用在成本相对不敏感的折叠屏上。

  • 偏光片的最大问题是屏幕亮度降低。这个问题和LCD背光一样,偏光片理论上只能让一半的光线透过,三星显示的微博上表示“当光线通过偏光片时,亮度下降50%以上”;华星光电的专利中也提到“一般来说偏光片透过率只有43%左右,因此偏光片的贴附影响了 OLED显示器件的显示效率,并增加成本”。为了让手机日常使用中具备强光下可视性,AMOLED面板不得不继续提高亮度,进而导致功耗提升和寿命降低。

    偏光片的另一个问题是屏幕厚度增加。偏光片的厚度大约是80-100μm,在过去几年里,AMOLED的偏光片都不是什么大问题,成本也不贵,应用也成熟,厚度也远低于LCD屏幕,直到折叠屏来临。折叠屏的设计中,手机屏幕必须做到尽量薄,这样才能在弯折过程中减小弯折半径,防止折叠区域塑料部分长期拉伸,导致长度变化,最后形成褶皱,降低屏幕寿命,偏光片的厚度就成了折叠屏应用的阻碍之一。Galaxy Fold 3搭配了手写笔设计,因此增加了一层Wacom电磁膜,厚度大约80μm,应用无偏光片技术,也是为了降低屏幕厚度。

    AMOLED屏幕无偏光片是怎么实现的?

    从京东方的无偏光片技术名称上可以略知一二,京东方将这项技术叫做COE,Color filter On Encapsulation,。

    无偏光片技术是在传统的AMOLED封装完成后,再上面再镀上一层彩膜(Color Filter),每个像素上面对应这个像素颜色的彩膜,像素间隙通过黑矩阵(BM, Black Matrix)隔开。

    这层彩膜可以解决反光和透光问题。如下图,外界入射光线中,不需要的部分被黑矩阵(BM)区吸收,透过绿色彩膜入射部分,要么成为那个绿色像素点反射出来,在反射的过程中被黑矩阵(BM)区拦下,或者在其他彩膜区被吸收。透光问题则更不用说,彩膜对于RGB的主波长透过率较高,约为70-90%,至少比偏光片高得多的多。

  • 因此,无偏光片技术可以在相同的显示亮度下,屏幕功耗更低;或者在相同的功耗下,屏幕亮度更亮。三星ECO2 OLED™降低25%的功耗,就是通过这种方式来的。

    此外,由于这层彩膜是蒸镀上去的,厚度只有几个微米级别,因此可以大幅降低屏幕厚度,更有利于延长折叠屏寿命,同时可以节约偏光片成本。

    因此,除了三星,国内主要厂商都在储备相关技术。这种技术在天马叫做CFOT,Color Filter On TFE;在京东方叫做COE。根据Omdia 去年12月的一篇文章中提到,国内几乎每个OLED工厂都有自己的COE计划。

    天马今年3月29号发了一条消息:天马全资子公司湖北长江新型显示产业创新中心有限公司(以下简称 “创新中心”)举行实验线首款产品点亮仪式。此次点亮的折叠屏集成了业界最先进的 CFOT 技术,相较现有折叠屏在功耗上有比较明显降低,厚度上省去偏光片,更适用于折叠类产品,能实现极致的弯折半径。 无偏光片结构AMOLED普及?还需要攻克成本和良率问题。

    上面提到,无偏光片结构需要在已经做好的AMOLED屏幕上蒸镀一层彩膜,这一道工艺的对准,和防止形变,是良率和价格的关键影响因素。

    要实现无偏光片结构,需要增加四五个光罩的投资,这四五个光罩就是问题的关键。从上图可以看到,彩膜上的滤光片和下面的像素必须对准,否则显示就会出现偏差,精度要求非常高。其次,目前无偏光片结构AMOLED屏幕都是基于薄膜封装,换句话说,塑料。而目前的光罩加工和材料大多采用高温工艺,因此需要采用低温光刻胶和低温加工工艺,即使是目前的低温工艺,温度也在90摄氏度,薄膜依然可能出现形变,导致最终良率下降。从三星Galaxy Fold 3来看,三星后面这两项技术已经达到量产出货标准了。

    总结

    AMOLED上的偏光片从某种意义上说,是AMOLED产业发展中的一道妥协,只是这一妥协就妥协了十多年,直到折叠屏技术下,需要千方百计的降低屏幕厚度。AMOLED无偏光片技术可以有效提升亮度、降低功耗、压缩厚度,但这项技术想要大规模应用,在制造工艺上还有不少难点。Galaxy Fold 3开了个好头,希望其他的屏幕厂商能尽快跟进。

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    苹果估计是下一阶段的主要推动者,iphone上产能未必够,用在手表上不错
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