搜狐科技
2023/10/25 11:31
搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第41期，对话香港科技大学电子及计算机工程系研究助理教授董首成。
嘉宾简介：
董首成，香港科技大学电子及计算机工程系研究助理教授，研究重点包括先进OLED制造升华工艺、蓝色OLED材料的降解机制以及超高像素密度OLED显示器的图案化方法，曾撰写并发布10余篇科学论文，对显示技术发展产生积极影响。
打开APP，查看更多精彩图片
划重点：
1.使用早期，甚至一些新机出现的“烧屏”现象大多是可逆的，可通过软件对TFT驱动电压进行补偿修正。
2.想彻底解决“烧屏”问题，需要开发更稳定的有机发光材料，特别是蓝光材料。
3. OLED显示屏具有高对比度，轻薄，低功耗，柔性等特性，这些都是LED液晶屏幕无法比拟的。
4.OLED显示技术当前的研究重点是想办法提高蓝光材料的显示效率和寿命，及利用新型像素图案化技术降低生产难度和成本，并实现超高分辨率。
5.避免长时间显示静态画面，在手机过热时停止使用手机屏幕可以降低“烧屏”的几率。
出品｜搜狐科技
作者｜郑松毅
编辑｜杨锦
近日，苹果上市不久的新机iPhone 15出现“烧屏”现象，引发公众关注。苹果官方随后也承认了这一问题，并发布iOS 17.1 RC版本更新作为解决方案。
围绕手机“烧屏”的底层基础科学问题，搜狐科技与香港科技大学电子及计算机工程系研究助理教授董首成展开了深度对话。
董首成介绍，“烧屏”现象多见于OLED屏幕，也正是iPhone 15系列采用的屏幕类型。和采用统一背光的液晶显示屏（LCD）不同，OLED屏幕的每个子像素都是一个有机发光二极管，能够独立发光。随着屏幕的使用，像素的发光亮度会缓慢的降低。当不同像素之间的累计使用时间出现较大不同时，显示就会出现不均匀现象。点亮时间较长的像素就会比不常使用的像素更暗。表现在显示效果上就会出现残像，也就是“烧屏”。
“烧屏”现象近年来多次发生，董首成解释，OLED屏所用的有机发光二极管的有限寿命是发生“烧屏”现象的根本原因。OLED显示技术自推出至今，有机发光材料的稳定性已经有了很大的提高，已经可以满足手机的正常使用。但如果想彻底解决“烧屏”问题，就需要开发更稳定的有机发光材料，特别是蓝光材料。
他认为，“烧屏”问题主要还是和屏幕硬件的运行原理相关，但是可以通过软件的优化大大减缓或者避免“烧屏”的发生。
“‘烧屏’主要分为两种，一种是不可逆的，另一种是可逆的。使用早期，甚至新机出现的‘烧屏’现象大多是可逆的。可逆的‘烧屏’主要是由于像素驱动电路（TFT）的电压在使用中发生了偏移，造成输入发光器件的电流变化，进而导致亮度变化。这种情况可以通过软件对TFT驱动电压进行补偿修正，即可修复‘烧屏’。”他强调，早期“烧屏”大多是个例，近年来这类现象的增多可能和TFT电路愈趋复杂以及屏厂的品控有关。
为何OLED显示屏寿命较短但生产厂商仍要坚持使用呢？董首成解释道，OLED显示屏具有高对比度，轻薄，低功耗，柔性等特性。更薄的屏幕能够换来更薄的手机机身，低功耗能够提升手机续航并实现息屏显示，柔性OLED更是带来了曲面屏，折叠屏，卷轴屏等全新的手机形态。这些优点都是LED液晶屏幕无法比拟的。
说了这么多OLED显示技术的特性后，你可能还不知道该技术正是一位华裔科学家发现的。
1979年的一天晚上，在美国柯达公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士(Dr.C.W.Tang)在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室里，回去以后，他发现黑暗中有个亮的东西，打开灯发现原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。这个发现激发了他的好奇心，他开始对这种有机蓄电池进行更深入的研究。
在研究过程中，邓青云意识到，这种有机材料可以用于制造一种新型的发光二极管。他开始尝试将这种有机材料夹在两个电极之间，并施加电压。当电压被施加时，这种有机材料开始发光。这个发现为OLED的发明奠定了基础。
直至1987年，在邓青云和同事Steven的共同研究下OLED技术诞生，为有机电子产业的发展奠定了基础，并成为了现代显示技术的一个重要组成部分。
邓青云于2006年从柯达荣休后，先成为了美国罗彻斯特大学化学工程学系教授，后于2013年加入香港科技大学，出任电子及计算机工程学系、化学系及物理学系讲座教授。
在邓青云的带领下，香港科技大学科研团队至今依然奋斗在OLED显示技术创新的前沿。董首成表示，当前的研究重点是想办法提高蓝光材料的显示效率和寿命，及利用新型像素图案化技术降低生产难度和成本，并实现超高分辨率。
谈及日常使用手机时预防“烧屏”的建议，他表示，“避免长时间显示静态画面，在手机过热时停止使用手机屏幕都可以降低‘烧屏’的几率。目前采用OLED屏幕的手机大多已经在软件层面为预防‘烧屏’做了很多优化，比如像素位移，智能息屏，动态补偿等。一般正常使用不太容易让手机在寿命周期内出现‘烧屏’现象。”
以下为对话实录（经整理编辑）
搜狐科技：近年来很多手机都出现过“烧屏”现象，为什么该问题得不到根治？
董首成：OLED屏幕中的有机发光二极管，顾名思义，采用的是有机材料。在长时间使用过程中，有机发光材料，特别是蓝光材料，在电激发下发生老化分解，造成发光效率降低，从而导致像素的亮度下降。也就是说，有机发光二极管的有限寿命是发生“烧屏”现象的根本原因。
OLED显示技术自推出至今，有机发光材料的稳定性已经有了很大的提高，已经可以满足手机的正常使用。如果想要彻底解决烧屏问题，就需要开发更稳定的有机发光材料，特别是蓝光材料。
搜狐科技：当前有相关研究能解决您提到的“材料寿命”问题吗？
董首成：蓝光材料的寿命问题长期以来一直是困扰OLED技术的阿喀琉斯之踵，也是“烧屏”问题难以根治的重要原因。目前最有效的解决方案是采用氘原子来取代材料中的氢原子。氘作为氢的同位素，重量是氢的两倍，其在有机发光材料中形成的碳氘键相较于普通的碳氢键更稳定，从而使材料更抗老化。
香港科技大学的团队也在氘带蓝光材料方面开展了很多研究工作，从蓝光器件失效分析出发，在分子层面揭示了氘提升材料寿命的详细化学机理，为设计更稳定的氘带蓝光材料提供了思路。未来氘带材料将会更广泛的应用于OLED屏幕中。
搜狐科技：一般来说烧屏大多发生在使用了两三年的手机上，为什么现在“烧屏”现象出现的越来越早，甚至在新机上就出现了呢？
董首成：具体来说“烧屏”主要分两种，一种是不可逆的，一种是可逆的。不可逆的“烧屏”是由于像素内的有机发光材料经过长时间使用，发生了不可逆的老化，造成发光效率降低。这也是为什么“烧屏”问题一般出现在手机用多年之后。
可逆的“烧屏”主要是由于像素驱动电路（TFT）的电压在使用中发生了偏移，造成输入发光器件的电流变化，进而导致亮度变化。这种情况可以通过软件对TFT驱动电压进行补偿修正。
出现驱动电压漂移的原因较复杂，主要和生产过程中TFT晶体管的特性和驱动电路的设计有关。使用早期，甚至一些新机出现的“烧屏”现象大多是这类可逆的“烧屏”。早期“烧屏”大多是个例，近年这类现象的增多可能和TFT电路愈趋复杂以及屏厂的品控有关。
搜狐科技：LED屏幕寿命更长且屏幕高刷率等显示表现也不错，为什么现在手机会广泛使用OLED屏幕？
董首成：LED屏幕本质上还是液晶显示器，只是采用了LED作为背光。OLED显示屏具有高对比度，轻薄，低功耗，柔性等特性。高对比度提升了显示效果；更薄的屏幕能够换来更薄的手机机身；低功耗能够提升手机续航并实现息屏显示；柔性OLED更是带来了曲面屏，折叠屏，卷轴屏等全新的手机形态。这些优点都是LED液晶屏幕无法比拟的。
搜狐科技：日常使用手机时，您有什么使用建议能预防手机“烧屏”吗？
董首成：避免长时间显示静态画面，在手机过热时停止使用屏幕都可以降低出现“烧屏”的机率。目前采用OLED屏幕的手机大多已经在软件层面为预防“烧屏”做了很多优化，比如像素位移，智能息屏，动态补偿等。一般正常使用不太容易让手机在寿命周期内出现“烧屏”现象。
搜狐科技：关于OLED屏显技术创新研究，目前科研一线进展如何？香港科技大学比较领先的研究成果和攻克方向有哪些？
董首成：OLED显示技术当前的研究重点是想办法提高蓝光材料的显示效率及寿命。
OLED屏幕中的红绿子像素已经采用了高效率的磷光材料，发光效率超过30%，接近理论极限。但是蓝光像素仍然采用较低效率的荧光材料，效率仅为10%左右。目前在研的蓝色磷光，热激活延迟荧光，超荧光等技术都实现了超30%的效率。
但是使用寿命较短的问题一直得不到解决。这些技术中谁能够在寿命上实现突破，达到量产要求，谁就能脱颖而出，取代现有荧光材料。
搜狐科技：OLED屏幕虽好用，但价格似乎一直居高不下，是否有相关研究能解决生产成本问题？
董首成：是的，OLED显示技术的另一个研究热点是像素图案化技术。OLED手机屏中数千万计，尺寸比头发丝还细数倍的发光像素点是通过真空热蒸镀配合金属精密掩模版（FMM)形成。在生产过程中需要将掩模版上数以亿计的小孔和基板上的每个像素区域对齐，误差小于5微米。这项技术对面板厂的技术要求极高，也是OLED屏幕价格居高不下的原因之一。
目前业界正在积极开发基于光刻工艺的无掩模图案化技术。该项技术在沉积有机材料时不需要金属掩模版，而是通过光刻胶定义像素区域，将像素区域外的有机材料通过刻蚀工艺去除，实现像素的图案化。该技术将大大降低OLED显示屏的生产难度和生产成本，同时可以突破金属掩模版的物理限制，在同等分辨率下实现更大的像素有效面积，进一步提高屏幕亮度和寿命，但该技术是否能实现稳定量产还有待验证。
搜狐科技：除了降低生产难度和成本外，“像素图案化技术”对进一步提升分辨率有什么帮助吗？
董首成：OLED图案化发展的另一个方向就是超高分辨率，主要针对AR/VR显示的需求。例如苹果近期发布的Vision Pro头显采用了4K分辨率的硅基OLED微显示屏，其像素密度高达4000 ppi。普通金属掩模版由于厚度限制，只能实现800ppi。
针对OLED微显示的新型超分辨掩模版极待突破。香港科技大学的团队在OLED发明人邓青云教授的带领下开发了超薄氮化硅掩模版，其厚度小于1微米，是传统金属掩模版的20分之一，能够实现高达5000ppi的RGB像素图案化，将很大程度提高OLED微显示的亮度和效率。
大家都在聊
热门评论