显示行业新乱战:QLED叫板LCD和OLED

2014-07-16 18:30:38来源: 投影时代网 关键字:叫板

    9月份,消费者将迎来两个QLED显示新品:一个是IPHONE6(苹果终于找到了抗衡三星OLED屏色彩表现的技术);另一个是TCL QLED大尺寸电视机(其实是QLED技术改良的液晶LCD电视)——这两个新产品必然会引起市场对QLED技术的关注。

QLED是什么呢

QLED是一种新型的发光技术,也是一种新型的半导体电光、光光转化材料。

显示行业新乱战:QLED叫板LCD和OLED

不同色彩的量子点物质体积不同

    传统的发光技术包括:“热发光”,就是安迪生的白炽灯,或者篝火的火焰。这种技术的好处是原理简单、光线品质最接近太阳光,观看最舒适柔和,但是也具有发光形式和设备可控性极差,能源利用效率极低的致命缺陷。

    此后人类发明了激光技术。这是一种高纯度的光源,也是一种高效率的光源。但是,更是一种成本较高、系统体积过大的光源。激光光源现在主要用于生产、科研、武器,以及特种照明领域。

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LGD量子点显示屏

    比激光光源晚一些,科学家还发明了半导体光源,就是常说的“LED”,以及有机半导体光源“OLED”产品。这两种产品可以用于照明、科研,以及点阵化制作之后的“显示器”——LED大屏幕,或者OLED显示屏、OLED电视。LED和OLED都是较好的、高纯度和高转换效率的光源。

    以上是常见的直接光源,除此之外还有一些间接光源。典型的技术是荧光粉技术:CRT显示设备中,荧光粉将电子枪的电子射线所携带的动能转换成光能;PDP等离子显示中,荧光粉将紫外线的光能转化成红绿蓝等颜色的可见光光能。低成本的白光LED灯珠中,荧光粉将部分蓝光可见光转化成黄色、红色或者绿色可将光,进而合成出白色光。激光投影的荧光色轮技术中,荧光粉将其他颜色的激光转化成红绿蓝三原色的可见光。

说了这么多,读者可能会问,为什么还没有见到QLED呢?别急,马上来!

    对于光源技术,QLED的应用性质和荧光粉类似,是一种间接光源转换物质。QLED自身是一种半导体晶体,结构尺寸在10纳米以下(一个大拇指大小的面积可以容纳数十亿、百亿的QLED晶体)。传统QLED半导体晶体的主要组成元素是锌、镉、硒和硫,目前也有无镉的QLED材料被研究出来。

    QLED的物理性质主要表现在能将电能或者光能转化成所需要波长和色彩的光线。其中基于电能的转化叫做电致发光QLED,基于光能转化的叫做光致发光QLED。两种类型的QLED,又可以根据转换出的光线目标的波长不同(例如红色或者绿色)有更细致的分类。

    在应用上,QLED物质可以取代很多传统荧光粉的功能,而且具有转换效率高、出光纯度高的显著优势。2010年以来,将QLED材料应用于光源和显示设备成为了诸多材料学、光学和显示设备企业研究的重要方向,并已经开始实用化。

    目前最成熟的QLED应用是用于改善液晶显示设备的显示效果。这种应用中采用到的是三原色的光致发光QLED材料。

    在苹果IPHONE6和TCL的QLED电视中,QLED起到的作用是改变液晶显示背光源的品质。此前的背光源主要有两种:三原色RGB led光源或者白光LED光源。

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iPhone6运行iOS7模拟视频曝光

    三原色RGB LED光源虽然色彩优秀,但是成本很高、寿命后期有偏色现象、同时体积很大,控制系统繁杂,这种背光源现在很少使用,尤其是无法使用在超薄的手机上。

    白光LED光源是超薄、节能液晶显示设备的主流光源。这种光源的LED灯珠主要由发蓝色光的LED芯片和对应的红色、绿色荧光粉构成。这种设计的问题在于,荧光粉的转化效率并不是特别高、色彩纯度也有限。这两个缺点,前者导致液晶电视能耗水平一直高于OLED,后者导致液晶电视色彩表现比OLED差。

    但是,在应用QLED技术后,液晶显示的背光系统可以是另一种状态:QLED技术的液晶背光源中,led发光器件选择蓝色的(不是白色,也不是红绿蓝三种,之所以选择蓝色,是因为蓝色LED的效率最高、成本最低),蓝色的LED光通过导光板形成平行的面蓝色光源,然后照射到涂覆有QLED物质的另一个薄膜上,不同种类和数量的QLED量子点物质将蓝色LED的光,按比例转化成红绿蓝三原色,并合成液晶显示需要的“高品质白色”背光源。

    液晶显示应用QLED技术之后,背光源的色彩转换效率大幅度提升,同时,原色的纯度也大幅度提升——前者使得电视机和手机更为节能,后者则使得电视机和手机的色彩表现力显著提升。

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QLED LCD屏幕与OLED对比

    当然,任何技术都不会是完美的。QLED技术目前用于改善液晶显示设备的显示效果,也会产生副作用:这些副作用主要是,QLED材料的热稳定性不好,这就要求采用该技术的液晶显示设备更注重散热;QLED材料在空气中的稳定性不好,这就需要注重采用该技术后的显示设备相关组件的密封;同时,QLED的材料寿命低于传统的荧光粉很多(目前和OLED材料寿命相当或者略长),QLED材料会成为采用该技术的液晶显示设备的寿命“瓶颈”。尤其是在个别QLED材料寿命只有1-3万小时的背景下,对比传统LED光源10万小时的寿命,差异巨大。

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QLED加强LCD背光后液晶显示的结构图

    不过,作为一种新技术,QLED的应用依然令液晶届欣喜不已。传统液晶显示技术的画面效果瓶颈主要由液晶反应速度、滤光膜效果和背光源系统提供的背光品质决定。而QLED可以显著改善背光源的品质。同时,在产品工艺上,QLED材料层可以和液晶背光源模组、背光模组中的导光板、甚至液晶和TFT工艺层混合,具有多种工艺和架构选择,可以让液晶显示厂商选择最为经济合理的技术方案。——更为重要的是,这些技术路线中的任何一个,都不会较大的改变现有的产品生产工艺和流程体系。也就是说,引入QLED技术的液晶产品,制造成本的增长有限。同时,可以和液晶面板结合,也可以和背光源模组结合的特点,使得QLED可以再整机厂商或者面板厂商连个产业链阶段同时渗透,采用该技术制造显示设备整机企业,不需要100%依赖面板厂商。

    目前,液晶显示行业已经把应用QLED作为改善液晶画质品质的关键突破点。但是,QLED创造的想象空间还远不止这些:QLED甚至可以抛弃液晶成为独立的显示技术门类。

    OLED显示面板的原理是:在TFT驱动结构上,涂覆细小的三原色或者白色OLED材料(利用白色OLED材料需要在TFT表面层增加三原色彩色滤光膜),形成密集的独立发光的OLED灯珠阵列。对这个阵列的有效控制,形成可观看的画面。

    OLED的这种显示结构原理,也适用于QLED。其主要变化就是将TFT结构上的OLED材料,换成电致发光QLED材料——其他工艺和技术几乎不用改变。这样制造出来的显示面板就是QLED显示产品,其具有媲美OLED面板的色彩、对比度、亮度、分辨率等特点。

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QLED量子点屏幕制作过程演示效果

    下一代显示面板的主要材料是采用OLED或者QLED,包括成本、稳定性、寿命、色彩效果、反应时间等关键“显示技术”指标中,二者具有很高的相似性。比如,二者色彩表现和原色纯度都远高于液晶产品,在TFT工艺上都对大电流驱动要求较高,宜采用金属氧化物或者低温多晶硅,而不是非晶硅TFT工艺,同时二者也都具有寿命不及液晶面板的缺陷。

    但是,QLED和OLED毕竟是两种不同的材料产品,在最终的材料涂覆工艺中,必然表现出差异性。相比OLED材料,QLED材料对于印刷工艺的支持更好,成熟也更快。这就使得QLED材料用于显示面板,可以避开真空蒸镀,这类在大尺寸产品上成本高、成品率和稳定性、均匀性控制困难的工艺。

    与现在LG量产的白光OLED配合三原色滤光膜的显示技术体系比较,直接印刷工艺涂覆的QLED显示面板,成品率更易于控制、工艺更简单、整体面板的色彩性能和能效指标也会更高。

    但是,与OLED产品研究较早、市场已经出现大规模的量产支持者比较,QLED的“时间劣势”明显。如果OLED也解决了印刷制作工艺的难题,并提升了材料寿命,量子点QLED技术的市场前景就会变得暗淡。但是,2014年由于三原色涂覆工艺的成品率难题,三星已经暂缓了OLED8.5代线的建设,这就为QLED成为下一代显示技术的一种选择留下了空间。

    从产业进程看,如果QLED和OLED都成熟了,液晶面板生产线改造,对于二者的成本差异不会异常巨大。液晶面板线在TFT工艺阶段的所有技术积累和设备都会被保留,变化的部分仅仅限于“液晶涂覆工艺与QLED和OLED涂覆工艺的不同”。

    因此,不仅是从OLED和QLED自身的比较看,还是从产业进程演进看,OLED和QLED谁能成功的关键就集中在涂覆工艺,尤其是印刷(喷墨印刷、激光热转印)等技术谁先成熟上。当然,市场较量的结果也未必是“生死之战”,未来市场也可能存在QLED技术改进的液晶显示、OLED显示和QLED显示技术三国争霸的局面。

    用QLED改进的液晶显示技术,会随着苹果手机巨大的号召力,成为2014年下半年显示技术行业的热点。在更长的时间尺度上,OLED、QLED技术改进的液晶、QLED显示面板,三个技术种类之间的“PK”将不会停止。

    上面已经介绍了OLED和QLED比较的差异,以及涂覆工艺对于二者成败的根本性的决定价值。下面重点说一下二者与QLED改进后的液晶产品的市场比较。

    应用QLED技术改进液晶显示,最大的优势在于继承了液晶技术成熟的产业体系,现有技术足以支撑QLED对液晶背光系统进行改建的工艺要求:这种改进后的液晶显示产品品质会显著提升、成本不会剧烈变化——简单讲,这种产品的优势就是两个字“成熟”。

显示行业新乱战:QLED叫板LCD和OLED

    利用这个“成熟”的优势,QLED改进的液晶技术,可以再OLED成本没有大量下降,或者QLED面板没有成熟前,依靠价格和产能优势,占领大量市场份额。但是,“产业成熟”这种优势,必须建立在竞争者“不成熟”的基础上。

    一旦OLED和QLED显示面板技术成熟,哪怕只有一个成熟,都意味着液晶传统价格优势难以保持。因为这两个显示技术都是自发光显示,不仅显示效果要优于任何“改进技术下的液晶显示产品”,更会因为不需要背光源而具有“制造成本优势”。

    而且,液晶和OLED、QLED的竞争,与液晶和等离子的竞争是完全不同的。后者是两个技术体系、产业体系的较量;前者则都是半导体显示范畴内的竞争。液晶显示面板与OLED和QLED显示面板在产业链和工艺设备上具有7成以上的相通性。产业界更是把OLED或者QLED看成是液晶面板技术“自然演化升级的方向和结果”,而非看做你死我活的竞争对手。

    以上这些产业特点,决定了未来数年,显示业界会迎来一个传统液晶、QLED改进液晶、OLED和QLED等多种半导体平板显示技术混乱竞争的时代。苹果的新手机、TCL的新彩电,只不过是这场新混乱的开始而已。

关键字:叫板

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2014/0716/article_7669.html
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