《電子技術(shù)應(yīng)用》
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論 OLED可否取代LCD 技術(shù)革命之路

2016-01-04
關(guān)鍵詞: 量子點(diǎn) OLED LCD HDR

  1,、量子點(diǎn)究竟改變了什么

  2015注定是不平凡的一年,,因為2014還在一邊倒的鼓吹OLED將會取代LCD成為未來技術(shù),,如今卻演變成二者相爭的局面,。從本質(zhì)上說,,還是由于LCD技術(shù)的大幅進(jìn)步,,改進(jìn)了LCD的固有缺陷,,也拉低了和OLED的距離,。

  電視歸根結(jié)底還是畫質(zhì)的比拼,。說白了,誰更清晰,,誰更有市場,。附加功能有,,當(dāng)然也會加分,這和手機(jī)屏幕的提升有些類似,,從720P到1080P,,再從1080P到2K,甚至IFA2015中索尼祭出了黑科技——4K的Z5 Premium,,其實(shí)電視屏幕的提升速度一點(diǎn)不比手機(jī)屏幕慢,,五年前1080P的高清效果,跳過2K直接到4K,,甚至不乏8K的產(chǎn)品,。

  從1080P到4K,分辨率的提升雖然帶來更精細(xì)的畫面,,但總體效果卻沒有想象中的飛躍,,其實(shí)無論廣告吹噓的如何,畫質(zhì)仍然是避免的話題,。

  而衡量畫質(zhì)的兩個重要因素是對比度和色彩精度,,如果兩臺電視放在一起進(jìn)行對比,其中一臺擁有更好的對比度和色彩精度,,另一臺則擁有更高的分辨率,,那么幾乎所有人都會認(rèn)為前者的畫質(zhì)更棒。盡管分辨率更低,,但更高的對比度和色彩精度會讓畫面看起來更真實(shí),、更自然。

  隨著HDR,、量子點(diǎn)等新技術(shù)不斷商用,,LCD終于在畫質(zhì)上有和OLED一較高低的實(shí)力,那么HDR,、量子點(diǎn)究竟是什么呢,?

  最早的量子點(diǎn)電視是TCL率先提出,LG和三星也緊隨其后,,展示了類似技術(shù)的產(chǎn)品,。

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  TCL率先提出量子點(diǎn)電視

  很多朋友會誤解,認(rèn)為“量子點(diǎn)電視”是類似等離子電視的全新事物,,實(shí)際上量子點(diǎn)電視還屬于LCD電視,,和傳統(tǒng)LCD電視最大的區(qū)別是背光技術(shù),也是憑借這項技術(shù)使畫質(zhì)得到了顯著提升,。

  我們知道,,LCD電視雖然是最主流的產(chǎn)品,但顯示效果差的問題一直存在,,表現(xiàn)在對比度低(黑色不夠深沉),、色域低(顏色不夠艷麗),、響應(yīng)時間長(看球賽有拖影)。量子點(diǎn)技術(shù)則是主要解決了色域低的問題,,并一舉超越了OLED電視,。

  LCD電視大多使用白光LED背光源,主要的原因是性價比高,,但LED產(chǎn)生的白光中,,紅光和綠光的純度低,導(dǎo)致色域不太理想(NTSC色域覆蓋率CIE1931數(shù)值越大越好,,LCD電視是68-72%,OLED電視是85%),。量子點(diǎn)技術(shù)則是用藍(lán)光LED替換白光LED,,藍(lán)光通過含鎘介質(zhì)時會和其中極細(xì)微的納米粒子發(fā)生反應(yīng),從而發(fā)出非常純正的紅光和綠光,。而這種極細(xì)粒子被稱為量子點(diǎn),,其實(shí)叫納米點(diǎn)才準(zhǔn)確。

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  納米粒子

  用上述方法將三原色湊齊了,,調(diào)配成純正的白光作為LCD電視的背光源,,這樣的量子點(diǎn)電視色域非常理想(量子點(diǎn)電視是110%)。說到這里大家也許會恍然大悟,,量子點(diǎn)技術(shù)其實(shí)是一種背光技術(shù),。

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  普通LCD和量子點(diǎn)LCD結(jié)構(gòu)對比

  不過含鎘材料做成什么樣子,則有兩種不同的方案,。其一是做成薄膜,,覆蓋在LCD后,可成本會隨屏幕尺寸的增大而大幅提高,,所以適用于手機(jī),、平板等小屏幕設(shè)備上;其二是QD Vision開發(fā)的Color IQ技術(shù),,將含鎘材料做成細(xì)管,,遮擋在LED前,成本上有一定優(yōu)勢,,也是多數(shù)量子點(diǎn)電視采用的方案,。

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  量子點(diǎn)電視的優(yōu)勢

  值不值得買,對量子點(diǎn)電視來說,,算不上一個問題,。量子點(diǎn)技術(shù)大幅改進(jìn)了背光源結(jié)構(gòu),并使用了新型材料,,明顯改善了顯示效果,。如果從顯示效果這一點(diǎn)來看的話,,量子點(diǎn)技術(shù)在已是瓶頸的LCD上實(shí)現(xiàn)了飛躍性的提升,當(dāng)然是值得買的,。

  2,、HDR如何增強(qiáng)畫質(zhì)

  HDR概念的提出似乎比量子點(diǎn)電視稍晚了點(diǎn),導(dǎo)致消費(fèi)者對HDR的認(rèn)知比量子點(diǎn)還陌生,。嚴(yán)格來說,,HDR和量子點(diǎn)不同,并不是LCD的專屬技術(shù),,同樣可以搭載OLED中,,只是在LCD中發(fā)揮的作用更大一些。

  HDR全稱High-Dynamic Range(高動態(tài)范圍),。HDR不是新鮮詞,,在拍照中,由于相機(jī)的動態(tài)范圍(寬容度)有限,,畫面中同時包含明暗對比強(qiáng)烈的的場景時,,如天空和地面,相機(jī)只可以傾向測量其中一個場景的曝光,,結(jié)果是獲得的畫面要么過曝要么過暗,。

  而相機(jī)HDR會通過不同的曝光值快速拍攝多張照片,合為一張,。相比普通圖像,,HDR圖像可以提供更多的動態(tài)范圍和圖像細(xì)節(jié),根據(jù)不同的曝光時間的LDR(Low-Dynamic Range)圖像,,利用每個曝光時間相對應(yīng)最佳細(xì)節(jié)的LDR圖像來合成最終HDR圖像,。既保留了亮度適中的明處,也展現(xiàn)了細(xì)節(jié)清晰的暗處,。對比度高,、明暗清晰、色彩鮮明,,最大程度使照片的觀感符合拍照時的效果,。

  而今次我們要說的,電視HDR和相機(jī)HDR有共通地方,,卻又不盡相同,。嚴(yán)格的說,相機(jī)HDR并不是真正的高動態(tài)范圍,,也無法真正實(shí)現(xiàn)HDR,。照片HDR的動態(tài)范圍實(shí)際上并未改變,只不過額外的曝光帶來了額外的信息。

  電視HDR則是一種截然不同的技術(shù),,區(qū)別在它對畫面的改變方式上,。這要從LCD的原理上說起,LCD需要背光才可以呈現(xiàn)內(nèi)容,,而負(fù)責(zé)亮度調(diào)節(jié)的LCD做不到100%遮擋光線(當(dāng)然,,如果光線都被遮擋住,我們也看不到圖像了),。所以在顯示黑色的場景時,,仍會有一定的光線漏出,使得黑色不純,,也是我們常說的漏光,。

  這樣的限制導(dǎo)致LCD無法在對比度、色域上媲美OLED,,而HDR恰好是針對這兩項問題進(jìn)行改善,。

  最初廠商想實(shí)現(xiàn)LCD高動態(tài)范圍,說難也不難,,既然LCD做不到100%遮擋光線,那直接關(guān)閉背光就可以了,,這也是區(qū)域控光的由來,。不過LCD的每個像素并不像OLED是獨(dú)立的光源,一個背光燈要覆蓋一個區(qū)域的所有像素背光,。

  區(qū)域控光則是可以自動識別圖像中的黑色區(qū)域,,關(guān)閉或降低這部分背光燈的亮度,來實(shí)現(xiàn)真正的黑色,,增強(qiáng)畫面的對比度,。

  而電視HDR最重要的就是增加亮度,從普通電視的400nits增加到1000nits,,甚至更高,,亮度的提升可以使畫面更真實(shí),,尤其是戶外場景,。

  電視HDR大幅度的提升對比度和色彩精度的同時,畫面中明亮的部分會更清晰,,暗處的部分會更有深度,,看上去層次分明,。而色彩精度的提升則會讓顏色都看起來更純粹和明亮。從而獲得了更純粹的顯示效果,、更豐富的冷暖交替和更廣泛的色彩范圍,。

  此外,WCG(廣色域)也會隨HDR一同到來,,這會極大拓展電視呈現(xiàn)出來的色彩,,從而呈現(xiàn)更真實(shí)的效果,。同時,電視HDR并不像照片HDR看著有些異樣,,而只會提升畫質(zhì)表現(xiàn),。

  當(dāng)然,提升亮度和色彩精度是要成本的,,HDR電視的畫質(zhì)也是有高低的區(qū)別,。所以,并不可以簡單的認(rèn)為,,支持HDR的電視顯示效果一定比普通電視好,。HDR唯一的含義是,可以播放HDR設(shè)備錄制的視頻,。

  然而,,由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不同品牌的HDR電視可能存在亮度差異,。比如,,LG擁有“超高亮度”,三星標(biāo)榜“峰值照明”,,松下突出“動態(tài)范圍的重塑”,,索尼提供兩種方案,夏普則選擇了Dobly的HDR技術(shù),。

  HDR電視需要HDR內(nèi)容才能夠凸顯自身的價值

  當(dāng)然,,HDR電視需要HDR內(nèi)容才能夠凸顯自身的價值。到目前為止,,只有亞馬遜的串流服務(wù)有一些HDR資源,,不過,Netflix對HDR的態(tài)度非常積極,,2014年推出的《馬可波羅》是首部在HDR下重置的劇集,。此外,今年推出的60部自制劇中有10部可以支持HDR,。Netflix則會針對旗下部分流媒體內(nèi)容進(jìn)行HDR重制,。

  3、自主畫質(zhì)芯片的意義

  2015電視領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)不在少數(shù),,如果說有一項值得國人驕傲的,,那么非“海信自主研發(fā)SOC級畫質(zhì)芯片Hi-View Pro”莫屬了。我們知道,,影響電視畫質(zhì)的因素有很多,,但有大有小,對比度、色域是占比較大的,,另一個占比較大的應(yīng)該就是畫質(zhì)芯片了,。

  一般來說,高端電視由主芯片+TCOM芯片組成,,而隨著4K,、8K片源的普及和流媒體視頻的推廣,電視通過主芯片,、TCOM芯片和畫質(zhì)芯片相互配合,,將會大幅度提高運(yùn)算性能。

  據(jù)透露,,海信Hi-View Pro畫質(zhì)芯片使用龍芯中科為視頻處理深度定制開發(fā)的CPU,,這是國產(chǎn)自主CPU在超高清視頻處理領(lǐng)域的首次成功應(yīng)用。

  海信信芯董事長黃衛(wèi)平博士表示:”將LCD做到極致是海信的“戰(zhàn)略”,,畫質(zhì)芯片的推出會進(jìn)一步增強(qiáng)此前海信ULED的核心競爭力,,預(yù)計第一年量產(chǎn)100萬片。海信的圖謀將不僅僅局限于民用,,也將大踏步進(jìn)軍繪圖,、醫(yī)療、影視等專業(yè)領(lǐng)域,?!?/p>

  海信芯片研發(fā)負(fù)責(zé)人鐘聲介紹:“Hi-View Pro畫質(zhì)芯片大幅改善LCD的動態(tài)對比度、動態(tài)范圍,、清晰度、色域等關(guān)鍵因素,,是國家‘核高基’高端芯片產(chǎn)業(yè)化的成果,。”

  據(jù)悉,,Hi-View Pro畫質(zhì)芯片第一年將量產(chǎn)100萬片,,用于海信電視的中高端ULED產(chǎn)品線并同步行業(yè)共享。

  海信推出自主芯片的意義遠(yuǎn)不止一項技術(shù)這么簡單,,長久以來,,全世界范圍內(nèi)也只有三星、三星等屈指可數(shù)的幾家巨頭有研發(fā)畫質(zhì)引擎芯片的實(shí)力,,海信是首個可以生產(chǎn)同類產(chǎn)品的國內(nèi)廠商,,作為中國企業(yè),海信第一個進(jìn)入“三組芯”時代,,并且海信自主的畫質(zhì)芯片成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外同類產(chǎn)品,,很有競爭力。

  海信Hi-View Pro畫質(zhì)芯片使國產(chǎn)電視不用完全依賴進(jìn)口,掌握真正的核心科技,,帶動行業(yè)更多關(guān)注技術(shù)迭代,,擺脫“唯性價比”論,加速差異化,;同時也會拉低畫質(zhì)芯片的市場價格,,打下大范圍普及的基礎(chǔ);并且會讓消費(fèi)者對高畫質(zhì)的需求更明確,形成供需互促的良性循環(huán),。

  4,、OLED最致命的缺陷已攻克

  OLED全稱是Organic Light-Emitting Diode(有機(jī)發(fā)光二極管),和LCD不同的是,,OLED的特性是自發(fā)光,,無需背光支持,并且對比度高,、亮度均勻,、色域和視角廣。

  OLED的特性是自發(fā)光,,無需背光支持,,并且對比度高、亮度均勻,、色域和視角廣

  其次OLED電壓需求低,,有反應(yīng)快、厚度薄,、結(jié)構(gòu)簡單,、效率高、重量輕等特點(diǎn),??梢圆幌馤CD固定在玻璃面板中,理論上來講,,只要用可以彎曲的基板材料,,如裝在塑料或金屬箔片等柔性材料上,OLED屏幕的呈現(xiàn)形態(tài)即可改變,。

  過去OLED最致命的問題是壽命,,因為OLED需要R、G,、B三種材料受電流刺激來主動發(fā)光,,而三種材料的老化程度不同,用了一段時間后,,衰減快的材料亮度下降也快,,屏幕便會產(chǎn)生偏色,。

  原因是技術(shù)上還無法解決B材料(甚至是R材料)的和壽命和穩(wěn)定性的問題,所以“取巧”的借用容易獲取的G材料(因為它最可靠,、最耐用)和R,、B材料進(jìn)行2:1來混合使用,G像素作為主像素,,用更大的電流驅(qū)動,,產(chǎn)生更高的亮度;將R,、B像素相對減少,,可以間接把R、B材料的壽命和穩(wěn)定性的問題回避,。

  并且OLED的R,、G、B三種材料的波長不盡相同,,把它們一起放進(jìn)面板中,,如果使用相同發(fā)光層,波長短的G,、B發(fā)光層,,為遷就波長最長的R材料,會造成G,、B發(fā)光層厚度過大,,導(dǎo)致光波中摻進(jìn)無數(shù)不必要的“雜質(zhì)成分”,嚴(yán)重影響光線純度,,顏色精度難以提高,。

  尤其是波長最短的B材料,由于發(fā)射層過長,,它所摻進(jìn)的“雜質(zhì)成分”也最多,,導(dǎo)致純度最差,嚴(yán)重影響光效,。

  這時B材料若要達(dá)到和G、R材料相同亮度,,必須用更大電流驅(qū)動,,然后又會導(dǎo)致發(fā)熱和功耗的迅速提高,陷入惡性循環(huán),。這也是影響B(tài)材料壽命和穩(wěn)定性的重要原因之一(另外B材料本身比較難提?。?/p>

  廠商的做法是將人眼最敏感的G飽和度調(diào)高,,使屏幕偏向“艷麗”,,這樣可以掩蓋R,、B純度的問題,雖然明亮,、艷麗,,很討好眼球,但帶來的卻是色彩偏移,、色域低,、拖影等問題(過去我們總是調(diào)侃三星的“綠屏”,其實(shí)并不是三星不懂較色,,而是為了延長使用壽命采取的折中方案),。

  如今,隨著材料的進(jìn)步,,這個問題已經(jīng)解決,。臺工研院研發(fā)“OLED表面電漿耦合增益技術(shù)”,可以將G頻譜轉(zhuǎn)換為B光譜,,突破有機(jī)B材料壽命短的瓶頸,。

  臺工研院的解決方案是不使用任何B材料,而是以技術(shù)手段將G頻譜轉(zhuǎn)換為B頻譜,,從而開發(fā)出OLED表面電漿耦合增益技術(shù)PCOLED ,。利用DML結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平面型電漿耦合效應(yīng),可以將G材料的頻譜轉(zhuǎn)換為B頻譜,,白光OLED可以利用G材料取代B材料,,不但解決了壽命太短的問題,甚至比傳統(tǒng)OLED延長達(dá)20多倍,。

  目前臺工研院在大陸,、臺灣、德國和美國申請專利,,并進(jìn)一步掌握OLED關(guān)鍵材料和及制程技術(shù),,向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。

  總結(jié):從目前的市場來看,,我們依然無法明確指明LCD,、OLED誰更有前途。LCD通過HDR,、量子點(diǎn)等技術(shù),,獲得了長足的進(jìn)步,尤其是納米材料作為背光源的量子點(diǎn)技術(shù),,使LCD的效果可以接近,、甚至超越OLED,而成本較低,,壽命卻更久,。

  OLED擁有LG和一眾國產(chǎn)廠商的支持,,綜合體驗還是是如今最出色的。同時隨著技術(shù)的不斷成熟,,尺寸,、分辨率和壽命都有所提升,唯一的問題便是成本,,還需要更多時間來被消費(fèi)市場所接受,。

  可以肯定的是,LCD和OLED屏幕在很長時間內(nèi)還會共存于市場中,,也各具優(yōu)勢,,激烈的競爭有望讓消費(fèi)者以更低的價格獲得更好的顯示效果,對于電視,、電腦,、顯示器等領(lǐng)域的影響都是積極的。

  LCD,、OLED的競爭和CRT時代,,普通顯像管和特麗瓏、鉆石瓏的競爭如出一轍,。普通顯像管的效果一般,,但有價格優(yōu)勢;而索尼的特麗瓏,、三菱的鉆石瓏由于使用單槍三束,、三槍三束的技術(shù),效果非常出色,,遠(yuǎn)超普通顯像管,,但價格也要貴出數(shù)倍。

  但在CRT時代中,,即使特麗瓏,、鉆石瓏的畫質(zhì)優(yōu)勢處在絕對領(lǐng)先的位置,卻并沒有取代普通顯像管,。特麗瓏,、鉆石瓏占據(jù)高端市場,普通顯像管占據(jù)低端市場,,它們互有優(yōu)勢,,這種優(yōu)勢的唯一性也使得市場處于并存的態(tài)勢。

  從如今OLED技術(shù)來說,,雖然最難攻克的壽命瓶頸已經(jīng)解決,但只要OLED成本無法降到LCD水平,,兩者長期并存則是常態(tài),,LCD和OLED的競爭也會是當(dāng)年普通顯像管和特麗瓏,、鉆石瓏如出一轍。


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