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超能課堂(240):號稱OLED終結者的QLED到底是什么東東?

互聯網 2021-04-23 02:37:11
拼 命 加 載 中 ...

今天有個對于顯示器不太懂的朋友跟我說,說他之前急著想買一個既要夠便宜,又要色域夠好的顯示器,就上網隨便買了一個120% sRGB色域的顯示器,直到今天他才發現這款顯示器上面寫著QLED這幾個字,與他之前見的LCD、LED什么的有點不一樣,就問我這到底是什么意思呢?

到京東去搜一下QLED,首先出來的結果是QLED電視,這也沒什么意外,畢竟量子點電視這幾年的確是挺火,也挺受歡迎的。不過如果搜QLED顯示器的話,會發現除了有一兩款是比較賣得好的之外,其他的都是嗯,比較冷門的。

那QLED到底是什么東西呢?QLED全稱是Quantum dot Light Emitting Diode,中文就是量子點發光二極管。而QLED顯示器,顧名思義就是用了這種技術的顯示器。在這里筆者要先解釋一下為什么量子點可以發光。

圖片來源:Understanding Nano

其原理是透過電流或者光能來刺激量子點,其內里的部分電子會獲得足夠的能量來脫離原子并且達到更高能級,而這些電子在回歸到較低能級的過程中就會發光。

圖片來源:Nanolumi

至于發出哪種顏色的光則是由量子點本身的大小決定的。一般來說,6nm的量子點由于能帶間隙較小,只需要少量能量就可以使電子脫離原子,其產生的波長也會因而會較長,因此會發出紅光;2nm的量子點則是相反,能帶間隙較大,因此波長會較短,產生的是藍光;而處位兩者之間大小的3-4nm量子點則會發出綠光。

QLED VS OLED

有朋友看到這可能會問了:「那么QLED不就是與OLED差不多嗎?」從不需要LED背光、自發光這一點上來說,QLED和OLED的確是很相似的,兩者都是通過電流來使單個像素來發光以及顯示顏色的。

圖片來源:Developing AMQLED Technology for Display Applications

由于是自發光,因此理論上QLED與OLED一樣是不需要有LED背光源,因此QLED顯示器可以做得很薄。另外由于QLED可以顯示出非常純正的顏色,以及可以做到與OLED一樣完全關閉像素來達到純黑的超高對比度效果,因此QLED顯示器的色域是可以做到非常廣的,甚至理論上可以覆蓋接近全部的BT.2020色域。

并且相對于OLED來說,QLED還有兩個優點,那就是其不易留下影像殘影以及超高亮度。由于用的不是有機材料,因此其單個像素不會衰弱得那么快。雖然說OLED屏幕只要不是每天都長時間在放同一個靜止畫面的話那么基本上不會出現影像殘留的問題,但是相對于QLED始終還是會有影像殘留的風險在。

同時也是因為材料問題,OLED屏幕的亮度普遍都不會很高,目前來說1000至1400 nits左右的峰值亮度就已經是最高的了。而QLED則亮得多,目前有的QLED電視已經可以做到3000 nits的超高亮度了。

QLED路遙遙

但是!有一點很重要的是,剛才所說的那些對比都是QLED在最終形態下才可以做到的。是的沒錯,QLED總共有三個階段,而現在QLED屏幕最大的生產廠商三星也只是剛剛踏進第二個階段,之前也只是宣布了2021年可能會有基于第二階段QLED的產品面世而已。

這是因為QLED要做到上述超越OLED的效果難度很大,因此各家廠商只能先用一些可以比較容易實現QLED工作方式的方法來把QLED這個東西撐起來先。

圖片來源:Nanosys

那么,QLED的三個階段到底是哪幾個呢?我們可以來看看QLED龍頭老大Nanosys的這份QLED路線圖。雖然圖里總共有六種的演示方案,其實總結起來無非就是三種:量子點強化膜、量子點彩色濾光片以及主動矩陣發光二極管。

新手村:量子點增強膜

量子點增強膜(Quantum dot Enhancement Film)是QLED的第一個階段,現在所有市面上QLED顯示器或者電視都是用這種技術。這個技術對于實現QLED是這樣的:既然要實現QLED依靠電流完全自發光還是有點難度,而量子點在電流或者光能的刺激下都可以發光,那么何不依靠一個外部的光源來為量子點提供能量?而傳統的LED背光源似乎就是目前來說最便捷的方案了。

圖片來源:Spill

因此各QLED廠家在這個階段的做法就是在LED背光源前加上一層量子點強化膜,然后通過LED背光來給膜上的量子點拖加能量,讓它們呈現出紅綠色彩。

但是如果是使用傳統的白光作為背光源的話,由于會有顏色串擾的問題,所以色彩會沒那么好。因此量子點增強膜后面會是一個藍光的LED背光源,這樣可以確保量子點產出的紅藍綠色不會被白光所干擾,以及保證藍光的純凈,從而給出更佳的色域。

最先運用量子點增強膜技術的是索尼在2013年推出市面的TRILUMINOS電視。及后三星、LG以及TCL都推出了自家的量子點增強電視。再之后在2017年時,三星、TCL、海信以及Nanosys成立了QLED聯盟來推動QLED的發展。

不過,雖然說Nanosys對于量子點增強膜的期望值是大于百分之90的BT.2020色域,但是目前哪怕是目前最為高端的QLED電視也只能做到百分之80多一點的BT.2020色域。

進階版:量子點彩色濾光片

量子點彩色濾光片(Quantum dot Color Converter)目前仍然處于實驗階段,而三星去年開始投資110億美元研發經費以及升級生產線為的也就是這個。

簡單來說,這項技術就是以量子點彩色濾光片來取代傳統的彩色濾光片,繼續使用藍光光源來獲得更好的色彩表現以及更高的亮度。傳統的彩色濾光片由于會過濾掉2/3的光,因此最高亮度以及能耗比都不是最好的。而如果換用量子點彩色濾光片的話,這個問題就會得到很大改善,因為是以量子點發光的形式而非依靠過濾掉其他光譜的光來來顯示出顏色。另外由于使用了量子點彩色濾光片后偏光片需要后移至前者后面,因此也有助于改善屏幕的可視角度。

而這項技術不僅僅可以應用在LED屏幕上,這也是為什么筆者上面會說藍光光源而非背光源的原因,因為像OLED以及或是許會在不久后到來的Micro LED這些自發光的光源也可以用來為量子點色濾光片提供光能,也就是QD-OLED以及QD-Micro LED。

圖片來源:Sisa Journal

三星想在2021年推出的就是這里面的QD-OLED屏幕。OLED本身的色彩也是很不錯的,不過OLED屏幕的造價一直較貴,以及壽命比起LCD短不少。而QD-OLED則是以藍光OLED作光源,讓藍色以自發光方式產生,并且以此讓量子點彩色濾光片產生紅綠光。

這樣結合出來的結果就是理論上來說相比起純OLED屏幕造價可以降低不少之余又可以保留OLED的超高對比度度特性,但同時間也保留了OLED的缺點,那就是最高亮度不會很高。

至于QD-Micro LED,這個嘛……先等Micro LED量產了再說吧。

終極體:主動矩陣量子點發光二極管

最后就是QLED的最終形態,也是真正的QLED,那就是AMQLED(Active-Matrix Quantum dot Light Emitting Diodes),因為上面的兩個階段量子點都需要借助光能來實現色彩。

正如這個階段的名稱以及Nanosys的路線圖所示,AMQLED是透過給量子點壓加電流來使其自發光從而制造顏色的,不需要依靠外部的光能來提供能量,因此色彩可以顯示得更加純凈,這也是為什么在AMQLED理論上可以達到百分百的BT.2020色域的原因。

對于AMQLED,筆者只想到兩個字:神器。因為理論上AMQLED有著比OLED更廣的色域、更加長久的壽命、不會有影像殘留的問題以及更重要的一點:以更低的成本來達成上述的優勢。

其實AMQLED與OLED兩者在結構上面可以說是差不多的,最主要的不同在于兩者的材料。因此AMQLED屏幕可以做得像OLED屏幕一樣薄,并且同樣具有快速響應時間的特點。換言之,用AMQLED來打游戲的體驗也會是很好的。

至于實際應用方面,早在2017年時京東方就表示他們研發出了5寸以及14寸的AMQLED屏幕,不過直至目前仍然沒有實際的產品應用,可見AMQLED的實現難度之大。

?左圖為5寸AMQLED,右圖為14寸AMQLED

不過隨著科技的進步,在未來的幾年內可能會出現真正用上京東方AMQLED的產品。而如果三星接下來的QD-OLED是可以成功投產的話,那么接下來也肯定會開始AMQLED的研發。

總結:QLED理論上是顯示技術下一個巔峰

QLED由于自身的特性,使其可以擁有目前眾多種顯示技術中最廣闊的色域,以及如OLED般快速的響應時間。不過目前市面上應用的QLED技術都只是最初階的,遠遠沒到AMQLED這種可以真正稱為QLED的水平,因此實際上的效果如果還需要拭目以待。

而在AMQLED到來之前,大家如果想要體驗一下QLED顯示器的話,筆者建議還是等一等,等到明年三星(或許)出了QD-OLED屏幕之后再買也不遲。因為目前市面上的QLED顯示器雖然色域也都基本達到了120% sRGB,但是傳統的LCD顯示器也有不少可以達到這個水平,所以也沒有很充分的理由要購買目前使用量子點增強膜技術的QLED顯示器。

至于電視的話倒是可以嘗試一下,因為目前不少QLED電視的亮度都可以輕易地達到2000 nits以上,對于觀看HDR這種需要高對比度度的內容來說也是一個不錯的選擇。

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