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新材料能给手机功耗难题带来多少可能?

更省电的屏幕造就功能更强的设备

李欣帅

发布于 2023年9月15日

随着手机等电子设备的屏占比越来越高,用户也越来越注重这块小小的屏幕上面的显示效果。在中端机爆发的8月,网上不少用户除了关注处理器性能、显示效果之外,屏幕素质也是购机之前非常重要的影响因素。

毕竟一款手机性能再强、拍照再好,最后还是会呈现在屏幕上。随着明年新材料技术的出现,更轻薄、待机时间更长、更多功能的设备或得以出现。

如今,由于在柔性、可折叠、功耗、颜色显示等方面的优势,OLED显示屏已经成为一个重要的显示技术趋势,其在手机市场占比已达40%-50%。未来OLED整体市场份额会持续增长。

而OLED未来该如何发展,及其对终端产品会产生何种影响?全球OLED材料和技术行业知名公司UDC(Universal Display Corporation)高级市场经理林永哲,他提到:“不管是柔性拉伸类的还是卷轴类的OLED消费电子产品,最核心的要求还是会落脚到功耗和能源效率上。比如,目前的手机可能还是需要一天一充,是因为很多功能,如一些内置的天线或者像Face ID这种需要借助传感器实现的功能,对手机的能耗需求是非常高的。”

“通过先进技术来降低能源消耗,以及减少消费设备碳足迹的愿景,正在促使消费电子生态系统持续关注如何提高能源效率。一台手机所需消耗的电量越少,它的电池和电源就可以做得越小,整个设备也就会更小、更薄、更轻、更灵活。”林永哲表示。

显示技术的新趋势

UDC与世界各大消费显示面板制造商(如中国的京东方、华星光电)保持紧密合作,从智能手表、手机到平板电脑和电视,世界上几乎所有的商业OLED产品里都使用了UDC的专利技术和磷光材料。UDC成立于1994年,一直致力于研发和商业化OLED技术和高能效材料,用于显示器和固态照明应用。

可以说,不管设备形态如何改变,是电脑、手表还是手机,是卷轴或折叠,大家都想看到颜色更丰富,清晰度更高,动态对比更好,寿命和待机时间更长的屏幕。人们不希望使用电池消耗速度快、外观笨重、效率又比较低的产品。

为了提升OLED相关器件的性能,UDC的策略是从材料和器件本身入手,聚焦能耗(发光效率)的改善,然后以颜色(色域覆盖率)和寿命(材料的稳定性和使用时间)两个核心指标去制定相应规划,最终帮助面板厂商和整机商降低功耗,进而使手机等产品的功能得以变得越来越强大。

UDC在整个OLED行业里面比较知名的是发光材料,也正是UDC开创、开发并商用化了磷光OLED材料。在之前,普遍还是荧光体系。由于发光机理不同,磷光的发光效率与荧光相比提升了4倍左右。另外,OLED技术的采用也有利于环保 - 根据 UDC 提供的数据,在相同尺寸和条件下,使用 UDC 磷光材料的智能手机 OLED屏幕 比 LCD 屏幕节能约 30%。

UDC所开发的先进的、高能效的UniversalPHOLED材料
UDC所开发的先进的、高能效的UniversalPHOLED材料

值得一提的是,在UDC的努力下,光的三原色中,红色和绿色发光材料方面已经完全转换成了磷光OLED材料。至于蓝色磷光材料,由于其研发过程的挑战性,目前使用的蓝色材料仍以荧光材料为主。UDC 计划将蓝色磷光材料添加到现有的磷光体材料系统中,并于 2024 年(即明年)将其引入商用市场。UDC 也已证实,OLED 生态系统对其研发的蓝色磷光材料有着广泛的兴趣。

“UDC在2003年实现量产红色磷光材料,在2013年完成了绿色磷光材料的量产。我们花了大量时间去克服材料端的各种挑战,足以证明开发难度之高。”林永哲补充说,“现在整个行业对蓝色磷光是非常期待的,因为它能很明显地带来一个显示效率方面的提升(约25%)。蓝色磷光材料也能为设备制造商提供更多消费电子产品端的改进选择,例如可以使手机做到更薄、更轻,提供更长的待机时间,降低设备温度,或将手机显示屏的功耗降低约 25%。”

另外,UDC还在研究开创性的等离子体磷光OLED,这对整个行业来说是一个可以定义为“Game Changer”的技术。UDC 坚持创新,不断通过提高技术性能来满足客户需求。其最近宣布开发出的等离子体磷光 OLED,作为一项突破性技术和颠覆性发光机制,可推动磷光 OLED 技术的发展,并进一步持续提高 OLED 器件的效率。根据 UDC 的估计,等离子体磷光 OLED的效率可能是现有磷光 OLED 设备架构的两倍,寿命是其 10 倍,将能实现一个非常巨大的提升。

除此之外,UDC亦在推进OVJP(有机蒸汽喷墨印刷)这一新颖的工艺和设备技术平台来用于制造OLED电视。OVJP可用于印刷所有OLED 有机层,有助于解决当前传统的真空热蒸镀(VTE)设备与精细金属掩膜 (FMM) 的局限性。近期,UDC利用OVJP制造出了世界首个完全印刷(包括所有主层和功能层)、高分辨率、RGB并排 PHOLED叠层,为OLED电视提供了高通量、占地面积更小、成本效益更高的制造平台。

UDC的战略与中国布局

如今,中国OLED市场正变得越来越大,对材料厂商的需求也会相应增长。UDC目前在北京、上海、深圳、成都设有办事处,并在2019年升级扩大了其位于香港科学园的研究实验室,增添了一个当前全球范围内领先的PHOLED应用中心,为中国不断增长的显示行业提供更好地支持,同时亦旨在帮助加快整个材料研发进程和更好地配合客户。UDC公司一半以上员工是和科学研发、工程制造工艺相关的职位,并从能源效率提升和功耗节省两大核心版块建起自己的发展路线。

在被问到UDC公司成立三十年来的核心竞争力时,林永哲说:“最核心的点还是在于我们坚持持续创新。公司成立于1994年,正式量产OLED材料是2003年,而公司盈利时间是在2011年。UDC始终坚信OLED会是未来的主流显示技术,并且投入了大量的资源去不断深耕,以至于我们在整个行业里面对OLED技术的理解是非常深入的,申请的专利数量也十分庞大。”

UDC目前在全球拥有 6,000 多项已授权和待授权专利,技术转让和专利授权也成为其业务模式之一。简单来说,UDC 致力于继续与 OLED 生态系统保持紧密合作,开发并提供最佳的 OLED 材料,推进技术创新,以此支持客户开发更高性能的产品,并最终推动整个 OLED 行业的发展。

综合以上分析,OLED技术在显示领域已经展示出巨大的潜力和多样的应用场景,从手机和平板电脑到电视和智能手表。UDC公司作为该领域的先驱和领导者,通过其持续的研发和多样的专利技术,不仅推动了OLED技术的商业化进程,还为未来的创新和应用奠定了基础。然而,OLED技术仍面临一系列挑战,包括成本和市场竞争等。

展望未来,随着新材料和制造工艺的不断进步,OLED技术有望进一步渗透到我们日常生活的各个方面,通过改进显示形态和更多创新型OLED产品的推出,甚至能改变我们与数字世界的互动方式。

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