《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?yàn)?014還在一邊倒的鼓吹OLED將會(huì)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(huì)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(gè)重要因素是對比度和色彩精度,,如果兩臺(tái)電視放在一起進(jìn)行對比,,其中一臺(tái)擁有更好的對比度和色彩精度,另一臺(tái)則擁有更高的分辨率,,那么幾乎所有人都會(huì)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(huì)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(huì)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(xiàng)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(shí)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(jià)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(shí)會(huì)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(huì)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(huì)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(gè)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(dòng)態(tài)范圍),。HDR不是新鮮詞,在拍照中,,由于相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍(寬容度)有限,,畫面中同時(shí)包含明暗對比強(qiáng)烈的的場景時(shí),如天空和地面,,相機(jī)只可以傾向測量其中一個(gè)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(huì)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(dòng)態(tài)范圍和圖像細(xì)節(jié),,根據(jù)不同的曝光時(shí)間的LDR(Low-Dynamic Range)圖像,利用每個(gè)曝光時(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)范圍,,也無法真正實(shí)現(xiàn)HDR。照片HDR的動(dòng)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(shí),,仍會(huì)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(xiàng)問題進(jìn)行改善,。

  最初廠商想實(shí)現(xiàn)LCD高動(dòng)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(gè)像素并不像OLED是獨(dú)立的光源,,一個(gè)背光燈要覆蓋一個(gè)區(qū)域的所有像素背光,。

  區(qū)域控光則是可以自動(dòng)識(shí)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(shí),畫面中明亮的部分會(huì)更清晰,,暗處的部分會(huì)更有深度,,看上去層次分明。而色彩精度的提升則會(huì)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(huì)隨HDR一同到來,,這會(huì)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(shí),,電視HDR并不像照片HDR看著有些異樣,,而只會(huì)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(dòng)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(jià)值

  當(dāng)然,HDR電視需要HDR內(nèi)容才能夠凸顯自身的價(jià)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(huì)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(xiàng)值得國人驕傲的,那么非“海信自主研發(fā)SOC級(jí)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(gè)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(huì)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(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)此前海信ULED的核心競爭力,,預(yù)計(jì)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(dòng)態(tài)對比度,、動(dòng)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?!?/p>

  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(xiàng)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(gè)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(gè)進(jìn)入“三組芯”時(shí)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(dòng)行業(yè)更多關(guān)注技術(shù)迭代,擺脫“唯性價(jià)比”論,,加速差異化,;同時(shí)也會(huì)拉低畫質(zhì)芯片的市場價(jià)格,打下大范圍普及的基礎(chǔ);并且會(huì)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),。可以不像LCD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?yàn)镺LED需要R,、G,、B三種材料受電流刺激來主動(dòng)發(fā)光,而三種材料的老化程度不同,,用了一段時(shí)間后,,衰減快的材料亮度下降也快,屏幕便會(huì)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?yàn)樗羁煽俊⒆钅陀茫┖蚏,、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(dòng),,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(huì)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(shí)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(dòng),然后又會(huì)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(gè)問題已經(jīng)解決。臺(tái)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(tái)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(tái)工研院在大陸、臺(tái)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(yàn)還是是如今最出色的,。同時(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)還會(huì)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(jià)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(shí)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(jià)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(jià)格也要貴出數(shù)倍,。

  但在CRT時(shí)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(huì)是當(dāng)年普通顯像管和特麗瓏、鉆石瓏如出一轍,。


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