更亮的顏，更純的色 從OLED到QD-OLED

張芮

2019年8月，三星顯示（SDC）停產了位于韓國忠清南道牙山市的LCD 8代線。原因在于LCD面板這部分，三星和中國競爭起來已經頗感吃力。根據(jù)各方面消息，三星這次是要全面轉向一個新的領域： QD-OLED事業(yè)。對于QLED和OLED耳熟能詳?shù)哪?，是否覺得這個詞既熟悉又陌生？

消失于歷史中的8代線在2007年時曾是全球第二條較大的LCD生產線，曾奪得了50英寸段面板市場的先機。但在2010年以后，三星停止了對LCD線的資金注入，LCD的市場主導權轉移到了中國手中。BOE（京東方）在2015年著手10.5代線的投資，到2018年成了LCD全球第一大廠商，結果三星自家生產LCD的成本比從中國采購還高。以55英寸面板的現(xiàn)金成本為例，中國產是100美元，韓國是110-120美元;65英寸中國產150美元，韓國則是180美元，完全沒法比。

當初為了對抗來自中國的競爭，三星和LG還量產了一種名為RGBW面板的低成本4K面板，專供中國市場。RGBW在RGB三種子像素里加入了白色（W）像素但僅作為亮度通道，在像素中減少了子像素數(shù)量，畫面達不到4K的分辨率，但通過GMA、SPR等算法欺騙眼睛，看起來似乎依然還是那么清晰。但這種偽4K并非技術發(fā)展方向，只是為了降低成本。對于三星而言，這并不是挾技術以令市場、提升收益的最終良方。

電視機是一種既尋常，但又不普通的家電。說它尋常，因為多數(shù)人購買電視機只關注尺寸和價格，買回去也只看看綜藝和神劇，至于這電視機用了什么系統(tǒng)、面板，他們并不關心。而對于另一些有畫質需求的消費者而言，電視又并不普通，因為他們對于OLED、QLED的差異已經糾結了很久。當年，為了和宿敵索尼、LG等競爭，三星故意搞出了“LEDTV”這個概念來忽悠消費者，以顯得自己不一樣。盡管后來因為虛假宣傳被禁播廣告，但LED電視這個概念作為營銷術語傳承至今。尤其廠商大力宣傳OLED、QLED電視之后，甚至讓人覺得LCD是落后的象征，已經告別歷史舞臺了。可惜現(xiàn)實很骨感，OLED雖然夢想著取代LCD，但是LCD至今依然雄踞絕大部分的市場。

實際上，顯示面板只有兩種，不能自發(fā)光需要“第三方捧哏”的LCD和電致自發(fā)光自己就能唱臺戲的OLED。其他的所有“D”，都是這兩種材質的衍生產物，例如LCD和QLED本是一家，OLED和Micro-LED則原理相通。而三星現(xiàn)在的目標，是一個名字看起來熟悉又陌生的產物：QD-OLED。這是個什么東西呢？要搞清楚的話，還是先從“元老”LCD說起。

CRT終結者：LCD

LCD的基本原理是通過兩塊ITO導電玻璃對液晶分子施加電壓，控制液晶分子的排列形成圖像。LCD屏幕表面有一層不透明的薄片叫做偏光片，具有濾光的作用。它們兩兩配合，分別過濾掉X和Y方向上的光。然后人眼就能看到液晶分子組成的圖像了。至于顯示顏色，目前大部分LCD都是通過使用紅、綠、藍三色濾色片實現(xiàn)的。

LCD已經是非常成熟的技術，它親手給CRT釘上了棺材蓋。當LCD的背光源從傻大黑粗的CCFL熒光管進化到小巧玲瓏的LED之后，被某些廠商玩了文字游戲，從“LCD”變成了“LED”，但它的本質永遠是液晶。

由于不能自發(fā)光需要背光，就決定了LCD有些胎里帶的缺陷至今無法完美解決。一是黑場問題，LCD無法顯示純黑，因為背光光源的干涉作用，使得LCD顯示黑色總會有一些灰蒙蒙的。分區(qū)控光也只是一種曲線救國的技術，并不能完全屏蔽純黑場景的背光。二是色域問題，隨著工藝和材質的提升，濾色片對色彩的還原度已經基本準確。但提升色域需要依靠背光，由于LED的白光并不像太陽光那樣由赤橙黃綠青藍紫組成而是藍色LED混合黃色熒光粉實現(xiàn)的效果，色彩較為單一，色域也就成了痛點。此外，LCD還有一些問題，例如不能做成曲面，可視角度差、藍光危害等。不過，LCD有著壽命長、價格便宜兩大優(yōu)勢，對手那邊一個能打的都沒有，因此依然是市場的絕對主流。

我要革命：OLED

總有眼睛挑剔的人看LCD不順眼，也有可能是希望能技術壟斷市場，于是有了OLED（ Organic Light-Emitting Diode，有機發(fā)光二極管）。利用有機半導體材料和發(fā)光材料在電場驅動下，通過載流子注入和復合導致發(fā)光的二極管。通電自發(fā)光這個特性非常重要，意味著三原色OLED發(fā)出的光能最原汁原味地呈現(xiàn)顏色。至于黑色，它不發(fā)光，即可表現(xiàn)出最純正的黑。

所以OLED實際上就是一大堆有機發(fā)光二極管，作為有機分子，它可以做出各種曲面及柔性屏幕，由于不需要背光，身材也會比LCD好得多。但 0LED-些物理特性的硬傷至今未有效解決。一是壽命問題，有機材料的壽命會衰減，OLED的工作特性決定了它并非所有像素都會一起工作，發(fā)光時間長的像素就很可能提前停止工作。當然對于手機屏幕這樣的小規(guī)格面板而言，等不了有機物壽終正寢，用戶早就換手機了。但到了電視機面板這樣的大尺寸下，由于生產工藝更加復雜，帶來的就是壽命的進一步縮短和不穩(wěn)定。

關于OLED的第二個問題是燒屏。簡單說來就是三原色LED因為有機材料不一樣導致壽命不一樣，其中藍色LED最短命。藍色衰退后顏色變淡，讓屏幕顯示出現(xiàn)顏色不均勻的現(xiàn)象，這塊屏幕也就報廢了。

OLED的第三個問題是調光方式。自然光源的亮度并非一成不變，而是明暗不同。LCD屏幕絕大部分都是DC調光，即通過調節(jié)電壓來改變背光亮度，模擬光線強弱，稱為DC調光，比較符合人眼的習慣。而OLED由于是自發(fā)光，就不能通過電壓來控制亮度，否則會出現(xiàn)嚴重的色差，所以OLED通過高速開關讓自己反復點亮和熄滅來欺騙人眼。例如，想讓OLED屏幕有50%的亮度，就讓屏幕一半時間亮，一半時間熄滅，當這個交替速度達到一定的頻率（例如60Hz），就能模擬出50%亮度的效果。這就是所謂的PWM調光，原因是PWM調光對人眼而言相當于閃屏，非常傷眼。

索尼、三星、LG、松下曾是OLED的“四大天王”，使用了OLED屏幕的小型設備也大量出現(xiàn)在市場上。但是OLED當年是帶著“取代LCD”的使命降世的，TV面板才是它的星辰大海。然而兼顧大尺寸、壽命和成本的OLED面板，其制造難度大到讓實力雄厚的日韓廠商都開始懷疑人生。為此LG弄了一個替代方案就是WOLED，利用白色OLED加上RGB三原色的濾光膜，在視覺上形成各種色彩，壽命和亮度都有了提升，但LG自己都承認這并不是真正的OLED。至于三星，小尺寸上繼續(xù)用已經非常成熟的AMOLED攻城略地，大尺寸上則放棄了OLED而轉向了另一種背光源：QD量子點。

換了個捧眼：QLED

量子點QD（Quantum Dot）是—種納米材料，是由鋅、鎘、硒、硫等元素合成的半導體材料制成的、直徑2-lOnm的納米粒子，這個直徑只能容納幾十個原子。物質在納米尺度上大都會有一些神奇的特性，量子點表現(xiàn)在量子限域效應非常明顯，它會將半導體中的載流子限定在一個非常微小的三維空間內。當受到光或電的刺激時，載流子會被激發(fā)跳躍到更高的能級，等到這些載流子回到原來較低的能級的時候就會發(fā)出固定波長的可見光。所以影視行業(yè)和小說里，“遇事不決，量子力學”的口訣，似乎也有那么—丁點道理。

QD是一種非常優(yōu)秀的無機材料，它性質穩(wěn)定，顏色可以通過改變QD的尺寸來調控。那么QLED就是用QD組成像素的自發(fā)光面板嗎？理論應該是，但現(xiàn)在技術并不成熟。所以QLED實際上是用QD作為背光，主要有兩種方案：一是將紅綠二色的QD固定到樹脂上，然后放入藍光LED和導光板之間，以形成白色背光;另一種是將涂有紅綠量子點的薄膜置于導光板上，吸收藍色LED的藍光，發(fā)射紅綠光，以形成白色背光。兩種方案殊途同歸，將背光光線精確轉換到理想的色溫，形成純度更高的背光源，但前面的舞臺還是LCD的。QD背光帶來了畫質的飛躍，主要表現(xiàn)在比LCD和OLED的亮度都更高，顏色更純，甚至能達到100%色域空間，在高亮度的HDR畫面之下依然可以呈現(xiàn)到飽和豐富的色彩，也能滿足超高清聯(lián)盟電視的標準。

2013年，索尼首先開始在自家電視里使用QD; 2015年，三星將QD引入其SUHD TV系列中。2017年，三星為它的旗艦電視創(chuàng)造了一個全新的營銷術語：QLED。當然本質上它們仍然是LCD，但換了個捧哏之后，實際上提升了LCD的競爭力。盡管OLED暫時無法撼動自己的市場地位，但LCD畢竟有太多硬傷，也越來越逼近物理極限。QD作為無機材料，比有機小分子和聚合物的OLED好伺候得多。它的器件封裝要求更低，亮度秒殺所有面板，能顯示比普通LED面板更好的色域和黑場（當然還是黑不過OLED）。最關鍵的是，QLED的價格只比普通LED電視高一點，完全不會像OLED那么高不可攀，因此QD電視在市場已經頗受歡迎。

潛伏的黑馬：Micro-LED

很多戶外顯示屏都是以LED作為像素來組成圖像，每個LED的多定址、單獨驅動發(fā)光。如果把戶外顯示屏縮小，小到可以放桌子上，就成了Micro-LED顯示屏。實際上工藝是將微縮的LED做成陣列，然后批量轉移到電路基板上，最后加上保護層和電極，封裝好之后制作成顯示屏。Micro-LED同樣是無機材料，比OLED更容易調試也更穩(wěn)定，并且繼承了LED在固態(tài)照明方面的諸多優(yōu)點，例如低功耗、高亮度與色彩飽和度、反應速度快、壽命較長等。實際上，Micro-LED的構造是各種面板里最簡單的，但OLED大尺寸化困難重重，Micro-LED則是在小型化上舉步維艱，歸根到底還是因為技術的不成熟，成本高、良品率低、批量生產難，目前仍是一種前瞻性的顯示技術。但Micro-LED-旦成熟，將成OLEO最大的威脅。

融合：QD+OLED

在高端顯示面板領域，OLED具有無與倫比的地位，而QLED色彩表現(xiàn)力又著實很香。把這兩種技術合二為一，就是三星當前的目標：QD-OLED。理解了本文前面介紹的各種“D”技術，也就不難理解QD-OLED的原理。簡單說來，QD-OLED=藍色OLED+紅綠QD。用藍色OLED作為光源輔以QD薄膜，因為QD薄膜上的藍色像素能直接透過藍光，而紅綠二色的QD接收到藍光之后，會激發(fā)出紅光和綠光，從而混合出全彩色。

從理論上講，QD-OLED真的是集成了兩者之所長。首先，它只需要藍色OLED，成本上就會比RGB OLED更低，但QD接近100%的發(fā)光效率使得色域和亮度都非常出色，卻又保留了OLED自發(fā)光的特性。其次，由于所有的光源都是藍色LED，就不會有損耗不一致的情況，也就杜絕了燒屏的隱患，壽命更長。那為什么不用更便宜的藍色LED呢？那樣的話就沒有OLED什么事了—一但研發(fā)人員并不是圖這個名分，根本原因是發(fā)光材料需要被蒸鍍到QD薄膜上緊密結合形成自發(fā)光面板，而無機材料的LED沒法被蒸鍍上去。

不過藍色OLED的壽命依然不如LED，能解決這個問題才算功德圓滿，三星的QD-OLED這個項目—直進展不怎么順利，走走停停。到201 9年第三季度，三星下定了決心，不但停產了LCD的8代線，還宣布將投資13.1萬億韓元（約780億元人民幣）在牙山工廠建造8.5代QD-OLEO生產線。此舉是為了打破LG在OLED面板市場的壟斷局面，讓三星未來有機會在大尺寸OLED面板上與LG并駕齊驅。

目前三星仍在調試QD-OLED的制備方案，有市場調研機構認為三星在實現(xiàn)量產之前仍有很多難題。由于簡化QD-OLED所需的許多生產工藝尚未完善，導致QD-OLED目前可能需要更加復雜的結構，包括三個串聯(lián)的藍色OLED發(fā)光層，經歷多層封裝，以及帶有附加彩色濾色片的厚QD層，也就導致成本較高。提升面板分辨率需要新的噴墨和藍色OLED蒸發(fā)設備，材料性能以及與組件和工藝的兼容性都是問題。同時，還要與中國制造的8KLCD面板進行價格競爭，與WOLED和RGB OLED電視形成差異化，面對厚QD層的良品率問題等。

業(yè)內認為，三星對于QD-OLED的最終目標，應該是自發(fā)光QD顯示器。由于QD是無機材料，說起來也和Micro-LED殊途同歸了，遺憾的是這兩種面板目前都還無法實現(xiàn)。

寫在最后

對比各種各樣的顯示技術，其實并沒有誰能碾壓誰，無論背光還是自發(fā)光，都有自己的特長和優(yōu)勢，就算被自己“胖”死的CRT，也有著無限發(fā)色數(shù)、無拖尾延遲的優(yōu)點。三星研發(fā)QD-OLED并非因為技術更迭或市場需求，更多是一種市場戰(zhàn)略上的考慮。作為消費者，早已追不上技術，所以需要守住一個信念：有多少錢，辦多大事。