更亮的颜，更纯的色 从OLED到QD-OLED

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　　2019年8月，三星显示（SDC）停产了位于韩国忠清南道牙山市的LCD 8代线。原因在于LCD面板这部分，三星和中国竞争起来已经颇感吃力。根据各方面消息，三星这次是要全面转向一个新的领域： QD-OLED事业。对于QLED和OLED耳熟能详的你，是否觉得这个词既熟悉又陌生？
　　消失于历史中的8代线在2007年时曾是全球第二条较大的LCD生产线，曾夺得了50英寸段面板市场的先机。但在2010年以后，三星停止了对LCD线的资金注入，LCD的市场主导权转移到了中国手中。BOE（京东方）在2015年着手10.5代线的投资，到2018年成了LCD全球第一大厂商，结果三星自家生产LCD的成本比从中国采购还高。以55英寸面板的现金成本为例，中国产是100美元，韩国是110-120美元;65英寸中国产150美元，韩国则是180美元，完全没法比。
　　当初为了对抗来自中国的竞争，三星和LG还量产了一种名为RGBW面板的低成本4K面板，专供中国市场。RGBW在RGB三种子像素里加入了白色（W）像素但仅作为亮度通道，在像素中减少了子像素数量，画面达不到4K的分辨率，但通过GMA、SPR等算法欺骗眼睛，看起来似乎依然还是那么清晰。但这种伪4K并非技术发展方向，只是为了降低成本。对于三星而言，这并不是挟技术以令市场、提升收益的最终良方。
　　电视机是一种既寻常，但又不普通的家电。说它寻常，因为多数人购买电视机只关注尺寸和价格，买回去也只看看综艺和神剧，至于这电视机用了什么系统、面板，他们并不关心。而对于另一些有画质需求的消费者而言，电视又并不普通，因为他们对于OLED、QLED的差异已经纠结了很久。当年，为了和宿敌索尼、LG等竞争，三星故意搞出了“LEDTV”这个概念来忽悠消费者，以显得自己不一样。尽管后来因为虚假宣传被禁播广告，但LED电视这个概念作为营销术语传承至今。尤其厂商大力宣传OLED、QLED电视之后，甚至让人觉得LCD是落后的象征，已经告别历史舞台了。可惜现实很骨感，OLED虽然梦想着取代LCD，但是LCD至今依然雄踞绝大部分的市场。
　　实际上，显示面板只有两种，不能自发光需要“第三方捧哏”的LCD和电致自发光自己就能唱台戏的OLED。其他的所有“D”，都是这两种材质的衍生产物，例如LCD和QLED本是一家，OLED和Micro-LED则原理相通。而三星现在的目标，是一个名字看起来熟悉又陌生的产物：QD-OLED。这是个什么东西呢？要搞清楚的话，还是先从“元老”LCD说起。
　　CRT终结者：LCD
　　LCD的基本原理是通过两块ITO导电玻璃对液晶分子施加电压，控制液晶分子的排列形成图像。LCD屏幕表面有一层不透明的薄片叫做偏光片，具有滤光的作用。它们两两配合，分别过滤掉X和Y方向上的光。然后人眼就能看到液晶分子组成的图像了。至于显示颜色，目前大部分LCD都是通过使用红、绿、蓝三色滤色片实现的。
　　LCD已经是非常成熟的技术，它亲手给CRT钉上了棺材盖。当LCD的背光源从傻大黑粗的CCFL荧光管进化到小巧玲珑的LED之后，被某些厂商玩了文字游戏，从“LCD”变成了“LED”，但它的本质永远是液晶。
　　由于不能自发光需要背光，就决定了LCD有些胎里带的缺陷至今无法完美解决。一是黑场问题，LCD无法显示纯黑，因为背光光源的干涉作用，使得LCD显示黑色总会有一些灰蒙蒙的。分区控光也只是一种曲线救国的技术，并不能完全屏蔽纯黑场景的背光。二是色域问题，随着工艺和材质的提升，滤色片对色彩的还原度已经基本准确。但提升色域需要依靠背光，由于LED的白光并不像太阳光那样由赤橙黄绿青蓝紫组成而是蓝色LED混合黄色荧光粉实现的效果，色彩较为单一，色域也就成了痛点。此外，LCD还有一些问题，例如不能做成曲面，可视角度差、蓝光危害等。不过，LCD有着寿命长、价格便宜两大优势，对手那边一个能打的都没有，因此依然是市场的绝对主流。
　　我要革命：OLED
　　总有眼睛挑剔的人看LCD不顺眼，也有可能是希望能技术垄断市场，于是有了OLED（ Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）。利用有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的二极管。通电自发光这个特性非常重要，意味着三原色OLED发出的光能最原汁原味地呈现颜色。至于黑色，它不发光，即可表现出最纯正的黑。
　　所以OLED实际上就是一大堆有机发光二极管，作为有机分子，它可以做出各种曲面及柔性屏幕，由于不需要背光，身材也会比LCD好得多。但 0LED-些物理特性的硬傷至今未有效解决。一是寿命问题，有机材料的寿命会衰减，OLED的工作特性决定了它并非所有像素都会一起工作，发光时间长的像素就很可能提前停止工作。当然对于手机屏幕这样的小规格面板而言，等不了有机物寿终正寝，用户早就换手机了。但到了电视机面板这样的大尺寸下，由于生产工艺更加复杂，带来的就是寿命的进一步缩短和不稳定。
　　关于OLED的第二个问题是烧屏。简单说来就是三原色LED因为有机材料不一样导致寿命不一样，其中蓝色LED最短命。蓝色衰退后颜色变淡，让屏幕显示出现颜色不均匀的现象，这块屏幕也就报废了。
　　OLED的第三个问题是调光方式。自然光源的亮度并非一成不变，而是明暗不同。LCD屏幕绝大部分都是DC调光，即通过调节电压来改变背光亮度，模拟光线强弱，称为DC调光，比较符合人眼的习惯。而OLED由于是自发光，就不能通过电压来控制亮度，否则会出现严重的色差，所以OLED通过高速开关让自己反复点亮和熄灭来欺骗人眼。例如，想让OLED屏幕有50%的亮度，就让屏幕一半时间亮，一半时间熄灭，当这个交替速度达到一定的频率（例如60Hz），就能模拟出50%亮度的效果。这就是所谓的PWM调光，原因是PWM调光对人眼而言相当于闪屏，非常伤眼。 　　索尼、三星、LG、松下曾是OLED的“四大天王”，使用了OLED屏幕的小型设备也大量出现在市场上。但是OLED当年是带着“取代LCD”的使命降世的，TV面板才是它的星辰大海。然而兼顾大尺寸、寿命和成本的OLED面板，其制造难度大到让实力雄厚的日韩厂商都开始怀疑人生。为此LG弄了一个替代方案就是WOLED，利用白色OLED加上RGB三原色的滤光膜，在视觉上形成各种色彩，寿命和亮度都有了提升，但LG自己都承认这并不是真正的OLED。至于三星，小尺寸上继续用已经非常成熟的AMOLED攻城略地，大尺寸上则放弃了OLED而转向了另一种背光源：QD量子点。
　　换了个捧眼：QLED
　　量子点QD（Quantum Dot）是—种纳米材料，是由锌、镉、硒、硫等元素合成的半导体材料制成的、直径2-lOnm的纳米粒子，这个直径只能容纳几十个原子。物质在纳米尺度上大都会有一些神奇的特性，量子点表现在量子限域效应非常明显，它会将半导体中的载流子限定在一个非常微小的三维空间内。当受到光或电的刺激时，载流子会被激发跳跃到更高的能级，等到这些载流子回到原来较低的能级的时候就会发出固定波长的可见光。所以影视行业和小说里，“遇事不决，量子力学”的口诀，似乎也有那么—丁点道理。
　　QD是一种非常优秀的无机材料，它性质稳定，颜色可以通过改变QD的尺寸来调控。那么QLED就是用QD组成像素的自发光面板吗？理论应该是，但现在技术并不成熟。所以QLED实际上是用QD作为背光，主要有两种方案：一是将红绿二色的QD固定到树脂上，然后放入蓝光LED和导光板之间，以形成白色背光;另一种是将涂有红绿量子点的薄膜置于导光板上，吸收蓝色LED的蓝光，发射红绿光，以形成白色背光。两种方案殊途同归，将背光光线精确转换到理想的色温，形成纯度更高的背光源，但前面的舞台还是LCD的。QD背光带来了画质的飞跃，主要表现在比LCD和OLED的亮度都更高，颜色更纯，甚至能达到100%色域空间，在高亮度的HDR画面之下依然可以呈现到饱和丰富的色彩，也能满足超高清联盟电视的标准。
　　2013年，索尼首先开始在自家电视里使用QD; 2015年，三星将QD引入其SUHD TV系列中。2017年，三星为它的旗舰电视创造了一个全新的营销术语：QLED。当然本质上它们仍然是LCD，但换了个捧哏之后，实际上提升了LCD的竞争力。尽管OLED暂时无法撼动自己的市场地位，但LCD毕竟有太多硬伤，也越来越逼近物理极限。QD作为无机材料，比有机小分子和聚合物的OLED好伺候得多。它的器件封装要求更低，亮度秒杀所有面板，能显示比普通LED面板更好的色域和黑场（当然还是黑不过OLED）。最关键的是，QLED的价格只比普通LED电视高一点，完全不会像OLED那么高不可攀，因此QD电视在市场已经颇受欢迎。
　　潜伏的黑马：Micro-LED
　　很多户外显示屏都是以LED作为像素来组成图像，每个LED的多定址、单独驱动发光。如果把户外显示屏缩小，小到可以放桌子上，就成了Micro-LED显示屏。实际上工艺是将微缩的LED做成阵列，然后批量转移到电路基板上，最后加上保护层和电极，封装好之后制作成显示屏。Micro-LED同样是无机材料，比OLED更容易调试也更稳定，并且继承了LED在固态照明方面的诸多优点，例如低功耗、高亮度与色彩饱和度、反应速度快、寿命较长等。实际上，Micro-LED的构造是各种面板里最简单的，但OLED大尺寸化困难重重，Micro-LED则是在小型化上举步维艰，归根到底还是因为技术的不成熟，成本高、良品率低、批量生产难，目前仍是一种前瞻性的显示技术。但Micro-LED-旦成熟，将成OLEO最大的威胁。
　　融合：QD+OLED
　　在高端显示面板领域，OLED具有无与伦比的地位，而QLED色彩表现力又着实很香。把这两种技术合二为一，就是三星当前的目标：QD-OLED。理解了本文前面介绍的各种“D”技术，也就不难理解QD-OLED的原理。简单说来，QD-OLED=蓝色OLED+红绿QD。用蓝色OLED作为光源辅以QD薄膜，因为QD薄膜上的蓝色像素能直接透过蓝光，而红绿二色的QD接收到蓝光之后，会激发出红光和绿光，从而混合出全彩色。
　　从理论上讲，QD-OLED真的是集成了两者之所长。首先，它只需要蓝色OLED，成本上就会比RGB OLED更低，但QD接近100%的发光效率使得色域和亮度都非常出色，却又保留了OLED自发光的特性。其次，由于所有的光源都是蓝色LED，就不会有损耗不一致的情况，也就杜绝了烧屏的隐患，寿命更长。那为什么不用更便宜的蓝色LED呢？那样的话就没有OLED什么事了—一但研发人员并不是图这个名分，根本原因是发光材料需要被蒸镀到QD薄膜上紧密结合形成自发光面板，而无机材料的LED没法被蒸镀上去。
　　不过蓝色OLED的寿命依然不如LED，能解决这个问题才算功德圆满，三星的QD-OLED这个项目—直进展不怎么顺利，走走停停。到201 9年第三季度，三星下定了决心，不但停产了LCD的8代线，还宣布将投资13.1万亿韩元（约780亿元人民币）在牙山工厂建造8.5代QD-OLEO生产线。此举是为了打破LG在OLED面板市场的垄断局面，让三星未来有机会在大尺寸OLED面板上与LG并驾齐驱。
　　目前三星仍在调试QD-OLED的制备方案，有市场调研机构认为三星在实现量产之前仍有很多难题。由于简化QD-OLED所需的许多生产工艺尚未完善，导致QD-OLED目前可能需要更加复杂的结构，包括三个串联的蓝色OLED发光层，经历多层封装，以及带有附加彩色滤色片的厚QD层，也就导致成本较高。提升面板分辨率需要新的喷墨和蓝色OLED蒸发设备，材料性能以及与组件和工艺的兼容性都是问题。同时，还要与中国制造的8KLCD面板进行价格竞争，与WOLED和RGB OLED电视形成差异化，面对厚QD层的良品率问题等。
　　业内认为，三星对于QD-OLED的最终目标，应该是自发光QD显示器。由于QD是无机材料，说起来也和Micro-LED殊途同归了，遗憾的是这两种面板目前都还无法实现。
　　写在最后
　　对比各种各樣的显示技术，其实并没有谁能碾压谁，无论背光还是自发光，都有自己的特长和优势，就算被自己“胖”死的CRT，也有着无限发色数、无拖尾延迟的优点。三星研发QD-OLED并非因为技术更迭或市场需求，更多是一种市场战略上的考虑。作为消费者，早已追不上技术，所以需要守住一个信念：有多少钱，办多大事。
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