号称OLED终结者的QLED到底是什么东东?

2020年08月08日 15:06 次阅读 稿源:Expreview超能网 条评论

今天有个对于显示器不太懂的朋友跟我说,说他之前急着想买一个既要够便宜,又要色域够好的显示器,就上网随便买了一个120% sRGB色域的显示器,直到今天他才发现这款显示器上面写着QLED这几个字,与他之前见的LCD、LED什么的有点不一样,就问我这到底是什么意思呢?

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京东去搜一下QLED,首先出来的结果是QLED电视,这也没什么意外,毕竟量子点电视这几年的确是挺火,也挺受欢迎的。不过如果搜QLED显示器的话,会发现除了有一两款是比较卖得好的之外,其他的都是嗯,比较冷门的。

那QLED到底是什么东西呢?QLED全称是Quantum dot Light Emitting Diode,中文就是量子点发光二极管。而QLED显示器,顾名思义就是用了这种技术的显示器。在这里笔者要先解释一下为什么量子点可以发光。


图片来源:Understanding Nano

其原理是透过电流或者光能来刺激量子点,其内里的部分电子会获得足够的能量来脱离原子并且达到更高能级,而这些电子在回归到较低能级的过程中就会发光。


图片来源:Nanolumi

至于发出哪种颜色的光则是由量子点本身的大小决定的。一般来说,6nm的量子点由于能带间隙较小,只需要少量能量就可以使电子脱离原子,其产生的波长也会因而会较长,因此会发出红光;2nm的量子点则是相反,能带间隙较大,因此波长会较短,产生的是蓝光;而处位两者之间大小的3-4nm量子点则会发出绿光。

QLED VS OLED

有朋友看到这可能会问了:“那么QLED不就是与OLED差不多吗?”从不需要LED背光、自发光这一点上来说,QLED和OLED的确是很相似的,两者都是通过电流来使单个像素来发光以及显示颜色的。


图片来源:Developing AMQLED Technology for Display Applications

由于是自发光,因此理论上QLED与OLED一样是不需要有LED背光源,因此QLED显示器可以做得很薄。另外由于QLED可以显示出非常纯正的颜色,以及可以做到与OLED一样完全关闭像素来达到纯黑的超高对比度效果,因此QLED显示器的色域是可以做到非常广的,甚至理论上可以覆盖接近全部的BT.2020色域。

并且相对于OLED来说,QLED还有两个优点,那就是其不易留下影像残影以及超高亮度。由于用的不是有机材料,因此其单个像素不会衰弱得那么快。虽然说OLED屏幕只要不是每天都长时间在放同一个静止画面的话那么基本上不会出现影像残留的问题,但是相对于QLED始终还是会有影像残留的风险在。

同时也是因为材料问题,OLED屏幕的亮度普遍都不会很高,目前来说1000至1400 nits左右的峰值亮度就已经是最高的了。而QLED则亮得多,目前有的QLED电视已经可以做到3000 nits的超高亮度了。

QLED路遥遥

但是!有一点很重要的是,刚才所说的那些对比都是QLED在最终形态下才可以做到的。是的没错,QLED总共有三个阶段,而现在QLED屏幕最大的生产厂商三星也只是刚刚踏进第二个阶段,之前也只是宣布了2021年可能会有基于第二阶段QLED的产品面世而已。

这是因为QLED要做到上述超越OLED的效果难度很大,因此各家厂商只能先用一些可以比较容易实现QLED工作方式的方法来把QLED这个东西撑起来先。


图片来源:Nanosys

那么,QLED的三个阶段到底是哪几个呢?我们可以来看看QLED龙头老大Nanosys的这份QLED路线图。虽然图里总共有六种的演示方案,其实总结起来无非就是三种:量子点强化膜、量子点彩色滤光片以及主动矩阵发光二极管。

新手村:量子点增强膜

量子点增强膜(Quantum dot Enhancement Film)是QLED的第一个阶段,现在所有市面上QLED显示器或者电视都是用这种技术。这个技术对于实现QLED是这样的:既然要实现QLED依靠电流完全自发光还是有点难度,而量子点在电流或者光能的刺激下都可以发光,那么何不依靠一个外部的光源来为量子点提供能量?而传统的LED背光源似乎就是目前来说最便捷的方案了。


图片来源:Spill

因此各QLED厂家在这个阶段的做法就是在LED背光源前加上一层量子点强化膜,然后通过LED背光来给膜上的量子点拖加能量,让它们呈现出红绿色彩。

但是如果是使用传统的白光作为背光源的话,由于会有颜色串扰的问题,所以色彩会没那么好。因此量子点增强膜后面会是一个蓝光的LED背光源,这样可以确保量子点产出的红蓝绿色不会被白光所干扰,以及保证蓝光的纯净,从而给出更佳的色域。

最先运用量子点增强膜技术的是索尼在2013年推出市面的TRILUMINOS电视。及后三星、LG以及TCL都推出了自家的量子点增强电视。再之后在2017年时,三星、TCL、海信以及Nanosys成立了QLED联盟来推动QLED的发展。

不过,虽然说Nanosys对于量子点增强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为高端的QLED电视也只能做到百分之80多一点的BT.2020色域。

进阶版:量子点彩色滤光片

量子点彩色滤光片(Quantum dot Color Converter)目前仍然处于实验阶段,而三星去年开始投资110亿美元研发经费以及升级生产线为的也就是这个。

简单来说,这项技术就是以量子点彩色滤光片来取代传统的彩色滤光片,继续使用蓝光光源来获得更好的色彩表现以及更高的亮度。传统的彩色滤光片由于会过滤掉2/3的光,因此最高亮度以及能耗比都不是最好的。而如果换用量子点彩色滤光片的话,这个问题就会得到很大改善,因为是以量子点发光的形式而非依靠过滤掉其他光谱的光来来显示出颜色。另外由于使用了量子点彩色滤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视角度。

而这项技术不仅仅可以应用在LED屏幕上,这也是为什么笔者上面会说蓝光光源而非背光源的原因,因为像OLED以及或是许会在不久后到来的Micro LED这些自发光的光源也可以用来为量子点色滤光片提供光能,也就是QD-OLED以及QD-Micro LED。


图片来源:Sisa Journal

三星想在2021年推出的就是这里面的QD-OLED屏幕。OLED本身的色彩也是很不错的,不过OLED屏幕的造价一直较贵,以及寿命比起LCD短不少。而QD-OLED则是以蓝光OLED作光源,让蓝色以自发光方式产生,并且以此让量子点彩色滤光片产生红绿光。

这样结合出来的结果就是理论上来说相比起纯OLED屏幕造价可以降低不少之余又可以保留OLED的超高对比度度特性,但同时间也保留了OLED的缺点,那就是最高亮度不会很高。

至于QD-Micro LED,这个嘛……先等Micro LED量产了再说吧。

终极体:主动矩阵量子点发光二极管

最后就是QLED的最终形态,也是真正的QLED,那就是AMQLED(Active-Matrix Quantum dot Light Emitting Diodes),因为上面的两个阶段量子点都需要借助光能来实现色彩。

正如这个阶段的名称以及Nanosys的路线图所示,AMQLED是透过给量子点压加电流来使其自发光从而制造颜色的,不需要依靠外部的光能来提供能量,因此色彩可以显示得更加纯净,这也是为什么在AMQLED理论上可以达到百分百的BT.2020色域的原因。

对于AMQLED,笔者只想到两个字:神器。因为理论上AMQLED有着比OLED更广的色域、更加长久的寿命、不会有影像残留的问题以及更重要的一点:以更低的成本来达成上述的优势。

其实AMQLED与OLED两者在结构上面可以说是差不多的,最主要的不同在于两者的材料。因此AMQLED屏幕可以做得像OLED屏幕一样薄,并且同样具有快速响应时间的特点。换言之,用AMQLED来打游戏的体验也会是很好的。

至于实际应用方面,早在2017年时京东方就表示他们研发出了5寸以及14寸的AMQLED屏幕,不过直至目前仍然没有实际的产品应用,可见AMQLED的实现难度之大。

 
左图为5寸AMQLED,右图为14寸AMQLED

不过随着科技的进步,在未来的几年内可能会出现真正用上京东方AMQLED的产品。而如果三星接下来的QD-OLED是可以成功投产的话,那么接下来也肯定会开始AMQLED的研发。

总结:QLED理论上是显示技术下一个巅峰

QLED由于自身的特性,使其可以拥有目前众多种显示技术中最广阔的色域,以及如OLED般快速的响应时间。不过目前市面上应用的QLED技术都只是最初阶的,远远没到AMQLED这种可以真正称为QLED的水平,因此实际上的效果如果还需要拭目以待。

而在AMQLED到来之前,大家如果想要体验一下QLED显示器的话,笔者建议还是等一等,等到明年三星(或许)出了QD-OLED屏幕之后再买也不迟。因为目前市面上的QLED显示器虽然色域也都基本达到了120% sRGB,但是传统的LCD显示器也有不少可以达到这个水平,所以也没有很充分的理由要购买目前使用量子点增强膜技术的QLED显示器。

至于电视的话倒是可以尝试一下,因为目前不少QLED电视的亮度都可以轻易地达到2000 nits以上,对于观看HDR这种需要高对比度度的内容来说也是一个不错的选择。

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