LG的老競爭對(duì)手三星將其大屏幕的開發(fā)重新定位于QLED和microLED。這兩種技術(shù)雖然聽起來很像雨席，實(shí)際上卻完全不同菩咨。了解這兩種技術(shù)及其相對(duì)于LCD和OLED的一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以及三星想用高利潤率的專利技術(shù)賭一把的打算陡厘，就明白為什么要采用這兩種技術(shù)了抽米。
上一次我詳細(xì)介紹大顯示屏技術(shù)時(shí)，LCD液晶顯示器才開始取代傳統(tǒng)CRT糙置、等離子和采用投影技術(shù)的設(shè)備而逐漸占主導(dǎo)地位云茸。當(dāng)時(shí)OLED也已經(jīng)興起，卻因一些技術(shù)上的不足而受到限制谤饭，通常用于可穿戴設(shè)備标捺、智能手機(jī)和其他小型和(或)“一次性”電子設(shè)備中。
接下來的十年揉抵，從某種意義上來說技術(shù)的發(fā)展是完全可以預(yù)見的亡容。屏幕越做越大，像素密度(即給定屏幕尺寸的分辨率)也越做越高冤今，LCD仍是主流闺兢。傳統(tǒng)的色彩平衡發(fā)生了變化(特別是藍(lán)色光譜)，隨著技術(shù)的發(fā)展戏罢，強(qiáng)環(huán)境光下的可見性及其他歷史遺留問題逐步得到解決屋谭，LG繼續(xù)努力推進(jìn)OLED進(jìn)入電視、零售展示和其他大屏幕應(yīng)用龟糕。
但是正如我在今年消費(fèi)電子展(CES)的報(bào)道中所指出的戴而，LG在OLED產(chǎn)品上的老競爭對(duì)手三星似乎正將其大屏幕的開發(fā)重新定位于QLED和microLED這兩種替代技術(shù)，這有些令人驚訝翩蘸。這兩種技術(shù)雖然聽起來很像，實(shí)際上卻完全不同淮逊。了解這兩種技術(shù)及其相對(duì)于LCD和OLED的一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)催首，以及三星想用高利潤率的專利技術(shù)賭一把的打算扶踊，就明白為什么要采用這兩種技術(shù)了。我們來分析一下當(dāng)前顯示技術(shù)市場的領(lǐng)導(dǎo)者與后來者的王位之爭郎任。
LCD
LCD技術(shù)的基本優(yōu)勢在于它長壽秧耗，或者說在于它成熟，因?yàn)樗呀?jīng)蓬勃發(fā)展了幾十年(也可以說超過一個(gè)世紀(jì)舶治，看從什么時(shí)候開始算)分井。我從2010年的文章中拷了幾張圖和一些文字來簡單回顧一下LCD技術(shù)。
圖1：傳統(tǒng)的LCD像素結(jié)構(gòu)很容易理解霉猛，但是這種結(jié)構(gòu)發(fā)生極小的變化都會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生很大的差異尺锚。向眼睛提供色彩最常見的方法是RGB子像素三元組，也有許多其他方法惜浅，例如左圖中的PenTile排列瘫辩。
通常，兩個(gè)平行偏振片的偏振方向垂直坛悉，這阻擋了光的傳輸伐厌，從而產(chǎn)生可感知的黑色像素陣列。但I(xiàn)TO(氧化銦錫)可提供足夠強(qiáng)的電場來改變中間液晶的調(diào)制特性裸影，并轉(zhuǎn)化為不同強(qiáng)度的透光率挣轨。
有源矩陣LCD使用TFT(薄膜晶體管)矩陣技術(shù)，每個(gè)像素至少分配有一個(gè)晶體管轩猩，以實(shí)現(xiàn)精確的列線到像素的相關(guān)性卷扮。顯示控制器激活行線之后，將驅(qū)動(dòng)列線上相關(guān)像素的電壓界轩。利用目前使用較多的扭曲向列型(TN)LCD画饥，隨著所施加的電壓不斷變化，液晶元件發(fā)生不同程度的扭曲浊猾，與偏光鏡相互作用后可通過不同量的光抖甘。精確的電場控制與刷新模式調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，可以生成任意值的每像素灰度葫慎。平面轉(zhuǎn)換(IPS)LCD的出現(xiàn)滿足了顯示器用戶對(duì)改善視角衔彻、更深的黑色及其他增強(qiáng)功能的要求。IPS LCD水平對(duì)齊液晶單元偷办，并通過晶體端部對(duì)每個(gè)像素施加電場艰额，每像素需要兩個(gè)晶體管，這使得IPS技術(shù)比TN技術(shù)更加昂貴椒涯。
不斷變化的扭曲和刷新調(diào)制技術(shù)使LCD能夠動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)每個(gè)像素的亮度柄沮，從而在范圍極值之間產(chǎn)生純黑、純白和灰色陰影。子像素是LCD從白色背光源中產(chǎn)生顏色的關(guān)鍵祖搓。例如狱意，傳統(tǒng)VGA(視頻圖形陣列)分辨率面板307,200個(gè)像素中的每一個(gè)都包含三個(gè)近距離子像素，每個(gè)子像素具有相關(guān)聯(lián)的紅色拯欧、藍(lán)色或綠色濾光鏡详囤，只有可見光譜部分才能通過。對(duì)子像素的選擇性控制產(chǎn)生了純色像素的錯(cuò)覺镐作，抖動(dòng)進(jìn)一步欺騙眼睛和大腦藏姐，從而擴(kuò)大了感知色調(diào)。
在之前的文章中我還提到该贾，穿過液晶元件的光可能源于“周圍環(huán)境產(chǎn)生的光通過鏡面背板反射羔杨，通過背光自發(fā)光，或兩者兼有靶庙∥食”如今，幾乎所有LCD顯示器都利用了背光六荒，其最初由一排CCFL(冷陰極熒光燈)組成护姆，但近年來被LED(發(fā)光二極管)陣列取代，實(shí)際上“LED電視”是一個(gè)誤導(dǎo)的營銷術(shù)語(基于LED的是背光掏击，而不是它本身的顯示元件)卵皂。更先進(jìn)的LED背光采用了各種高尖技術(shù)，包括替代全光譜“白光”LED的RGB LED三元組群砚亭，以及在LED陣列內(nèi)選擇特定區(qū)域“局部調(diào)光”照明控制等灯变，進(jìn)一步擴(kuò)展了顯示器的色域、對(duì)比度范圍和其他特性捅膘。
OLED
三星是“LED電視”這一營銷用語濫用的“罪魁禍?zhǔn)住碧砘觯∥抑毖裕也逻@可能是因?yàn)槿窍胍：銵CD和OLED顯示器的區(qū)別寻仗。彼時(shí)其主要競爭對(duì)手LG剛開始加大OLED的促銷力度(三星在2010年推出Galaxy S系列刃泌，成為首批采用OLED的智能手機(jī)制造商之一)。實(shí)際上署尤，這兩種技術(shù)是完全不同的耙替，OLED具有自發(fā)光特性(用一個(gè)更文雅的術(shù)語就是“發(fā)射性電致發(fā)光”)，顯示屏根本不需要單獨(dú)的背光曹体。因此俗扇，OLED顯示器非常薄并具有高度的柔軟性，在今年的消費(fèi)電子展上箕别，LG甚至展示了一款可以“卷起”的OLED電視铜幽。
圖2：LG在CES上展示了一系列弧形OLED顯示屏滞谢。(圖片來源：David Benjamin)
您可能認(rèn)為OLED沒有背光所以功耗會(huì)比LCD同類產(chǎn)品更低，嗯除抛，您是對(duì)的……只不過是有時(shí)候爹凹。再次引用我2010年關(guān)于OLED報(bào)道，“當(dāng)以黑色顯示為主時(shí)它們提供了極佳的功耗;但當(dāng)以淺色顯示為主時(shí)镶殷，例如常見的在淺色或白色背景上顯示深色文本，它們的電池消耗可能會(huì)顯著高于LCD/背光組合微酬』媲鳎”這也解釋了為什么Android、Chrome OS颗管、iOS及相關(guān)應(yīng)用程序多采用“暗”顯示模式陷遮。
QLED
幾年前，三星在CES上展示了基于QLED的原型垦江，現(xiàn)在它已有多種型號(hào)投入生產(chǎn)帽馋。由于相似的命名，你可能很自然地認(rèn)為“QLED”是“OLED”的變體比吭，事實(shí)上這兩種技術(shù)是完全不同的绽族。首先，QLED不會(huì)自發(fā)光衩藤，它像LCD一樣吧慢，需要補(bǔ)充背光(因此名稱中包含“LED”)。但是赏表，它用稱之為“量子點(diǎn)”的結(jié)構(gòu)代替了LCD的液晶矩陣(因此名稱中有表示量子點(diǎn)的“Q”)检诗。引用維基百科的解釋：
量子點(diǎn)(QD)是尺寸只有幾納米的微小半導(dǎo)體粒子，具有與較大的LED粒子不同的光學(xué)和電子特性瓢剿，是納米技術(shù)的核心主題逢慌。很多類型的量子點(diǎn)在被電或光激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)光，其頻率可以通過改變量子點(diǎn)的大小间狂、形狀和材料來精確調(diào)整攻泼，從而實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。
量子點(diǎn)的特性介于體半導(dǎo)體(bulk semiconductor)和離散原子或分子之間前标。它們的光電特性隨尺寸和形狀而變化坠韩。直徑為5~6nm的較大QD發(fā)射較長波長的光，產(chǎn)生橙色或紅色等顏色;較小的QD(2~3nm)發(fā)射較短波長的光炼列，產(chǎn)生藍(lán)色和綠色等顏色只搁，具體的顏色和尺寸根據(jù)QD的不同組成而變化。
正如您所了解的俭尖，QLED由于采用了成熟的LED背光技術(shù)氢惋，因此從技術(shù)上來說是某種程度的改進(jìn)洞翩，而不是革命性的創(chuàng)新。雖然量子點(diǎn)的屏幕材料是一個(gè)突破焰望，但它從概念上退回(至少在我看來)到了CRT中使用的紅-綠-藍(lán)磷光點(diǎn)屏幕骚亿。糟糕，我不小心暴露了年齡......
microLED
“microLED”聽起來不像“QLED”熊赖，更不像“OLED”来屠，但從概念上講它實(shí)際上更接近三星的這兩種技術(shù)。三星曾推出一款146英寸的microLED大顯示屏震鹉，這絕對(duì)可以稱之為“The Wall(墻顯示屏)”俱笛，今年又新推出了更合消費(fèi)者胃口(雖然很勉強(qiáng))的75英寸型號(hào)(當(dāng)然旁仿，隨后還會(huì)有更大的219英寸型號(hào))汰瘫。下面是我在三星新聞稿中發(fā)現(xiàn)的最有趣的敘述：
由于Micro LED具有模塊化特性，該技術(shù)可提供屏幕尺寸的靈活性神妹，使用戶可以定制屏幕尺寸以適應(yīng)任何房間或空間浆兰。通過添加Micro LED模塊磕仅，用戶可以將顯示屏擴(kuò)展到他們想要的任何尺寸。Micro LED的模塊化功能未來還允許用戶創(chuàng)建9×3簸呈、1×7或5×1等不規(guī)則尺寸的終極顯示屏榕订，以滿足其空間、美學(xué)和功能需求蝶棋。
無論屏幕的大小和形狀如何卸亮，三星的Micro LED技術(shù)還可以優(yōu)化內(nèi)容。即使多添加幾個(gè)模塊玩裙，三星的Micro LED顯示屏也可以進(jìn)行縮放以提高分辨率兼贸，同時(shí)保持像素密度不變。此外吃溅，Micro LED可以支持從標(biāo)準(zhǔn)的16：9到21：9的寬屏幕電影溶诞，甚至支持非常規(guī)長寬比(如32：9，甚至1：1)的所有內(nèi)容决侈，而圖像質(zhì)量不打任何折扣螺垢。
最后，Micro LED顯示屏不帶擋板赖歌，即使添加更多的模塊枉圃，模塊之間也沒有邊框。這種無縫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)令人驚嘆的無邊泳池的效果庐冯，使Micro LED顯示屏可以優(yōu)雅地融入任何生活環(huán)境孽亲。
具有消費(fèi)者定制靈活性的確很不錯(cuò)，但我對(duì)microLED模塊化沒什么興趣展父，主要原因是從制造的角度來看返劲，三星可以提供同樣的靈活性玲昧。想想看……撇開子像素和其他的影響因素不談，這些最新的“8K”分辨率電視包含3320萬個(gè)像素(7680×4320)篮绿。相信我孵延，我認(rèn)為他們的工廠生產(chǎn)不出完全沒有像素缺陷的顯示屏，尤其是現(xiàn)在還處于其生命周期的早期亲配。良率降低尘应，成本(因而價(jià)格)必將比現(xiàn)在高出許多。
值得慶幸的是吼虎，由于像素密度高菩收，普通消費(fèi)者幾乎察覺不到隨機(jī)散布在顯示屏上的缺陷(或很少)，當(dāng)然鲸睛，對(duì)于超近距離檢視屏幕的電視迷則要另當(dāng)別論了。然而坡贺，太多的缺陷官辈，特別是緊密聚集在一起的缺陷，是不可接受的遍坟。同樣要考慮的是拳亿，顯示器還會(huì)受到半導(dǎo)體器件良率動(dòng)態(tài)的影響。顯示屏(芯片裸片)較大時(shí)愿伴，每片的顯示器數(shù)就會(huì)減少(每個(gè)晶圓的裸片)肺魁，出現(xiàn)缺陷的概率也會(huì)呈指數(shù)增加。因此隔节，如果三星確實(shí)可以用多個(gè)較小的模塊組裝microLED大顯示器鹅经，那么這將為他們帶來巨大的收益(成本更低，價(jià)格更低)怎诫。
那么瘾晃，microLED到底是什么?這次我可以說它與OLED一樣，具有一個(gè)自發(fā)光結(jié)構(gòu)(無背光)幻妓。然而蹦误，它本質(zhì)上是無機(jī)的(還沒有想到嗎?“OLED”中的“O”表示“有機(jī)”)。下面是來自維基百科的解釋：
microLED顯示器由形成各個(gè)像素元件的微縮LED陣列組成肉津。與廣泛使用的LCD技術(shù)相比强胰，microLED顯示器具有更好的對(duì)比度、響應(yīng)時(shí)間和能效……與傳統(tǒng)LCD系統(tǒng)相比妹沙，OLED和microLED都能大大降低能耗偶洋。與OLED不同，microLED基于傳統(tǒng)的GaN LED技術(shù)初烘，提供比OLED產(chǎn)品高達(dá)30倍的總亮度涡真，以及更高效的效率(以lux/W衡量)分俯。
開始寫這篇文章時(shí)我沒打算寫成一本書，但如果繼續(xù)寫下去哆料，就真成一本書了缸剪。所以就到這兒吧，但我仍然會(huì)密切關(guān)注有趣的顯示技術(shù)的發(fā)展东亦。一如既往地杏节，歡迎與我分享您的任何想法!
(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文網(wǎng)站，參考鏈接：Display technologies: Refinements and new entrants典阵。)
本文為《電子技術(shù)設(shè)計(jì)》2019年6月刊雜志文章奋渔。
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