10000 PPI 的 OLED 屏誕生！三星聯手斯坦福設計，新型架構可用於 VR
談及 OLED，有人時常會冒出一句：
不過就在最近，OLED 技術再次獲得了新突破：PPI 達到 10000！
韓國三星電子三星綜合技術院（Samsung Advanced Institute of Technology）聯合美國斯坦福大學 Geballe 先進材料實驗室、韓國漢陽大學物理系，設計出了每英寸 10000 像素的全綵色、高亮度 OLED 顯示器，這一成果有望在 VR、AR 中得以應用。
2020 年 10 月 23 日，相關論文發表於知名學術期刊 Science，題為 Metasurface-driven OLED displays beyond 10,000 pixels per inch（超表面驅動 OLED 顯示器每英寸像素超 10000）。
LCD 與繼任者 OLED
OLED，全稱 Organic Light-Emitting Diode，即「有機發光二級管」，是 LCD（Liquid Crystal display，液晶顯示）技術公認的繼任者。
LCD 的原理大致是：將一個液晶盒放在平行的 2 塊玻璃基板中間，下基板設置了薄膜晶體管，上基板設置了彩色濾光片。薄膜晶體管上的信號、電壓變化可以控制液晶分子的轉動，由此控制每個像素點偏振光出射與否，顯示的目的也便達到了。
而 OLED 技術是由電場驅動——採用的是有機材料塗層和玻璃基板，當電流通過時，有機材料就會發光。OLED 的每個像素點自身都能獨立發光，而每個像素點是由紅綠藍 3 個次像素組成的。每個子像素點都可以看作是一顆 LED 燈，像素組成的陣列就是 OLED 面板了。
説到紅綠藍次像素，很多人可能還記得之前上過熱搜的一個詞：「周冬雨排列」。
「周冬雨排列」到底是什麼，就連周冬雨本人都搞不明白，還跑到知乎提問。
據網友解釋，「周冬雨排列」長下面這樣，神似一個個“周冬雨的凝視”。
實際上它是指京東方（BOE）的 Triangular PenTile 排列，是一種屏幕次像素的排列方式。
從專業角度來看，OLED 屏不同顏色像素點的材質不同，藍色像素點壽命較短。
為解決這個問題，像素點可以有多種排列方式，排列方式直接影響着屏幕清晰度，而京東方的這種排列在某些方向實際分辨率會下降，使用了京東方 OLED 屏的華為 Mate 20 Pro 還曾爆出了屏幕邊緣出現綠色調的光暈，因此外界對其的吐槽也不少。相比於這種排列，世界級面板產商三星的「鑽石排列」清晰度更佳。
簡單總結一下，LCD 的光源層和顯示層分離，OLED 光源層和顯示層合二為一。
基於此，OLED 顯示屏相比之下有不少優勢，比如輕薄、可視角度大、能耗低、亮度高，還可以顯示純黑色、可以彎曲，能夠滿足曲屏電子設備的製造。
但 OLED 並不是完全吊打 LCD，LCD 黨的論據在於，OLED 壽命較短不耐用、燒屏頻閃易傷眼。
PPI 達到 10000
實際上，在 OLED 顯示屏領域，三星（以及 LG）可謂是遙遙領先的巨頭，不僅在競爭激烈的市場中積極地進行戰略部署，技術上也總是快人一步。
正如 IEEE 所説，OLED 屏實現了商業成功，但自然還有提升空間。
目前，當屏幕和眼睛保持一定距離時，每英寸像素數大約在幾百左右，智能手機屏幕每英寸只能容納 400-500 像素（iPhone 12 Pro 的超視網膜 XDR 顯示屏為 460PPI），電視屏幕每英寸僅 100-200 像素。而對於 VR、AR 設備，所需的像素密度為每英寸幾千個像素，而當前的顯示技術還無法滿足要求。
基於此，研究團隊設計了全綵色、高亮度的新型 OLED 顯示器，利用 OLED 薄膜在兩層反射層之間發射白光：
研究人員表示：
具體來講，顯示器超表面的每個像素都被分成了 4 個大小相同的亞像素。
原則上，OLED 薄膜可以指定它們照射的亞像素，亞像素中的納米柱可以操縱落在它們上面的白光。
這樣一來，每個亞像素可以反射特定顏色的光，而這是由納米柱之間的間距決定的——在每個像素中：
上圖是掃描電子顯微鏡下的「納米柱森林」。發出的光在 OLED 顯示器的反射層之間來回反射，直到最終通過銀薄膜從顯示器表面逃逸。
據瞭解，這種光線在顯示器內部積聚的方式，將使其發光效率成為標準顏色過濾白色 OLED 顯示器的 2 倍，且顏色純度也更高。斯坦福大學光學工程師、論文合著者之一 Mark Brongersma 表示：
另外，論文第一作者、三星綜合技術院（三星電子的中央研究所）的納米光子工程師 Won-Jae Joo 還透露：
就潛在應用而言，Mark Brongersma 認為短期而言團隊的關注點在於 VR 設備——由於 VR 顯示器離用户的眼睛很近，高分辨率是創造幻覺的關鍵；在未來，超表面還可能在太陽能電池和光傳感器等應用中用於捕獲光線。
由此可見，這一研究對於 OLED 領域來講是一次不小的突破。
三星連發 Nature、Science
實際上，作為顯示屏霸主，僅僅是在科研方面，三星的成果有目共睹。
早在 2016 年，三星就聯合哈佛大學、MIT，篩選出了超過 1000 個用於 OLED 的藍光分子，一個主要的目的就是大幅降低生產成本，並提升 OLED 屏的性能。
這項研究在當時的意義就在於，不少人認為 OLED 取代 LCD 只是時間的問題，但主要的問題之一就是 OLED 的製造成本過高，與 LCD 的價差降低，才會更能顯示出 OLED 的優勢。
2019 年 11 月 27 日，三星在 Nature 上發佈了 QLED（Quantum Dot Light Emitting Diodes，量子點發光二極管）的潛在商業化研究。在這項研究中，團隊通過改善量子點的結構，將量子效率提高了 21.4％，並將 QLED 壽命延長至一百萬小時。
前不久的 10 月 14 日，三星再次在 Nature 上發表有關 QD-LED 技術的論文。團隊實現了 20.2％ 的發光效率提升、88900 尼特的最大亮度和 16000 個小時的 QLED 壽命。
前後不到 10 天，三星就又發表了 OLED 屏的重要突破。
一般而言，OLED 被認為是下一代智能手機顯示屏的最佳方案，今年 4 月三星也宣佈關閉中國、韓國的 LCD 面板生產線。未來 OLED 技術將會有怎樣的飛躍，我們拭目以待。
引用來源：
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/audiovideo/metasurface-oled-display
https://science.sciencemag.org/content/370/6515/459
https://www.leiphone.com/news/202003/cijOxdWFlVjH0CEE.html
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資料來源：雷鋒網
作者/編輯：付靜
引用LCD 永不為奴。
不過就在最近，OLED 技術再次獲得了新突破：PPI 達到 10000！
韓國三星電子三星綜合技術院（Samsung Advanced Institute of Technology）聯合美國斯坦福大學 Geballe 先進材料實驗室、韓國漢陽大學物理系，設計出了每英寸 10000 像素的全綵色、高亮度 OLED 顯示器，這一成果有望在 VR、AR 中得以應用。
2020 年 10 月 23 日，相關論文發表於知名學術期刊 Science，題為 Metasurface-driven OLED displays beyond 10,000 pixels per inch（超表面驅動 OLED 顯示器每英寸像素超 10000）。
LCD 與繼任者 OLED
OLED，全稱 Organic Light-Emitting Diode，即「有機發光二級管」，是 LCD（Liquid Crystal display，液晶顯示）技術公認的繼任者。
LCD 的原理大致是：將一個液晶盒放在平行的 2 塊玻璃基板中間，下基板設置了薄膜晶體管，上基板設置了彩色濾光片。薄膜晶體管上的信號、電壓變化可以控制液晶分子的轉動，由此控制每個像素點偏振光出射與否，顯示的目的也便達到了。
而 OLED 技術是由電場驅動——採用的是有機材料塗層和玻璃基板，當電流通過時，有機材料就會發光。OLED 的每個像素點自身都能獨立發光，而每個像素點是由紅綠藍 3 個次像素組成的。每個子像素點都可以看作是一顆 LED 燈，像素組成的陣列就是 OLED 面板了。
説到紅綠藍次像素，很多人可能還記得之前上過熱搜的一個詞：「周冬雨排列」。
「周冬雨排列」到底是什麼，就連周冬雨本人都搞不明白，還跑到知乎提問。
據網友解釋，「周冬雨排列」長下面這樣，神似一個個“周冬雨的凝視”。
實際上它是指京東方（BOE）的 Triangular PenTile 排列，是一種屏幕次像素的排列方式。
從專業角度來看，OLED 屏不同顏色像素點的材質不同，藍色像素點壽命較短。
為解決這個問題，像素點可以有多種排列方式，排列方式直接影響着屏幕清晰度，而京東方的這種排列在某些方向實際分辨率會下降，使用了京東方 OLED 屏的華為 Mate 20 Pro 還曾爆出了屏幕邊緣出現綠色調的光暈，因此外界對其的吐槽也不少。相比於這種排列，世界級面板產商三星的「鑽石排列」清晰度更佳。
簡單總結一下，LCD 的光源層和顯示層分離，OLED 光源層和顯示層合二為一。
基於此，OLED 顯示屏相比之下有不少優勢，比如輕薄、可視角度大、能耗低、亮度高，還可以顯示純黑色、可以彎曲，能夠滿足曲屏電子設備的製造。
但 OLED 並不是完全吊打 LCD，LCD 黨的論據在於，OLED 壽命較短不耐用、燒屏頻閃易傷眼。
PPI 達到 10000
實際上，在 OLED 顯示屏領域，三星（以及 LG）可謂是遙遙領先的巨頭，不僅在競爭激烈的市場中積極地進行戰略部署，技術上也總是快人一步。
正如 IEEE 所説，OLED 屏實現了商業成功，但自然還有提升空間。
目前，當屏幕和眼睛保持一定距離時，每英寸像素數大約在幾百左右，智能手機屏幕每英寸只能容納 400-500 像素（iPhone 12 Pro 的超視網膜 XDR 顯示屏為 460PPI），電視屏幕每英寸僅 100-200 像素。而對於 VR、AR 設備，所需的像素密度為每英寸幾千個像素，而當前的顯示技術還無法滿足要求。
基於此，研究團隊設計了全綵色、高亮度的新型 OLED 顯示器，利用 OLED 薄膜在兩層反射層之間發射白光：
- 一層由銀薄膜構成；
- 另一層是作為可調後向反射器（tunable back-reflector）的“超表面”，就像由一個個 80 納米高、100 納米寬的柱子組成的森林，每一根柱子的間距小於光的波長。
研究人員表示：
引用每英寸 10000 像素的超高密度，輕鬆滿足了在眼鏡或隱形眼鏡上製造下一代微型顯示器的需求。
具體來講，顯示器超表面的每個像素都被分成了 4 個大小相同的亞像素。
原則上，OLED 薄膜可以指定它們照射的亞像素，亞像素中的納米柱可以操縱落在它們上面的白光。
這樣一來，每個亞像素可以反射特定顏色的光，而這是由納米柱之間的間距決定的——在每個像素中：
- 納米柱排列最密集的亞像素產生紅光；
- 納米柱密度適中的亞像素產生綠光；
- 納米柱密度最小的亞像素產生藍光。
上圖是掃描電子顯微鏡下的「納米柱森林」。發出的光在 OLED 顯示器的反射層之間來回反射，直到最終通過銀薄膜從顯示器表面逃逸。
據瞭解，這種光線在顯示器內部積聚的方式，將使其發光效率成為標準顏色過濾白色 OLED 顯示器的 2 倍，且顏色純度也更高。斯坦福大學光學工程師、論文合著者之一 Mark Brongersma 表示：
引用樂器要想發出聲音，常常需要一種共鳴腔，它能產生優美的純音。光線也是同樣的道理，不同顏色的光會在這些像素上產生“共鳴”。
另外，論文第一作者、三星綜合技術院（三星電子的中央研究所）的納米光子工程師 Won-Jae Joo 還透露：
引用每英寸達到 10000 像素的結果振奮人心，根據我們的模擬結果，像素密度的理論縮放極限估計是每英寸 20000 像素。
就潛在應用而言，Mark Brongersma 認為短期而言團隊的關注點在於 VR 設備——由於 VR 顯示器離用户的眼睛很近，高分辨率是創造幻覺的關鍵；在未來，超表面還可能在太陽能電池和光傳感器等應用中用於捕獲光線。
由此可見，這一研究對於 OLED 領域來講是一次不小的突破。
三星連發 Nature、Science
實際上，作為顯示屏霸主，僅僅是在科研方面，三星的成果有目共睹。
早在 2016 年，三星就聯合哈佛大學、MIT，篩選出了超過 1000 個用於 OLED 的藍光分子，一個主要的目的就是大幅降低生產成本，並提升 OLED 屏的性能。
這項研究在當時的意義就在於，不少人認為 OLED 取代 LCD 只是時間的問題，但主要的問題之一就是 OLED 的製造成本過高，與 LCD 的價差降低，才會更能顯示出 OLED 的優勢。
2019 年 11 月 27 日，三星在 Nature 上發佈了 QLED（Quantum Dot Light Emitting Diodes，量子點發光二極管）的潛在商業化研究。在這項研究中，團隊通過改善量子點的結構，將量子效率提高了 21.4％，並將 QLED 壽命延長至一百萬小時。
前不久的 10 月 14 日，三星再次在 Nature 上發表有關 QD-LED 技術的論文。團隊實現了 20.2％ 的發光效率提升、88900 尼特的最大亮度和 16000 個小時的 QLED 壽命。
前後不到 10 天，三星就又發表了 OLED 屏的重要突破。
一般而言，OLED 被認為是下一代智能手機顯示屏的最佳方案，今年 4 月三星也宣佈關閉中國、韓國的 LCD 面板生產線。未來 OLED 技術將會有怎樣的飛躍，我們拭目以待。
引用來源：
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/audiovideo/metasurface-oled-display
https://science.sciencemag.org/content/370/6515/459
https://www.leiphone.com/news/202003/cijOxdWFlVjH0CEE.html
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作者/編輯：付靜