像三星和LG這樣的娛樂巨頭正在轉(zhuǎn)向使用寬色域（WCG）技術(shù)，特別是量子點(diǎn)和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）來提高單個像素的質(zhì)量。每種技術(shù)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)將使它們在未來幾年搶占電視機(jī)市場的不同區(qū)塊。
市場研究公司Yole Développement的固態(tài)照明和顯示器資深市場和技術(shù)分析師Eric Virey博士認(rèn)為，雖然出現(xiàn)將電視顯示分辨率從4K提高到8K的相關(guān)討論，但從科學(xué)的角度來看，這樣做的益處非常有限。人眼可以區(qū)分每度60個像素的分辨率。 Virey表示：“對于消費(fèi)者來說，8K有明顯效益的使用情況非常有限。”
電視工業(yè)因此將焦點(diǎn)從增加更多像素轉(zhuǎn)移到提高像素質(zhì)量和提供更廣泛的顏色。 Yole估計，2017年售出的電視機(jī)中有7％將提供WCG功能，但到2022年這一比例將增加到50％左右。
量子點(diǎn)顯示器制造商N(yùn)anosys的營銷和投資者關(guān)系總監(jiān)Jeff Yurek表示，電視屏幕只能顯示人眼可感知到的顏色的三分之一左右。他說：“雖然高分辨率屏幕的好處正在減少，目前我們距離顏色和像素質(zhì)量出現(xiàn)同樣的情況還有相當(dāng)大的距離。”在這個新技術(shù)路線圖的前沿，OLED和量子點(diǎn)，不同的照明格式，都已準(zhǔn)備好要為提供電視機(jī)提供更優(yōu)質(zhì)卓越的圖像質(zhì)量。
極致黑暗
OLED由多層結(jié)構(gòu)組成，其中之一是有機(jī)（碳基）電致發(fā)光材料的薄膜。在電視機(jī)采用OLED時，不再需要背光源或是濾色片 - 兩者都是液晶顯示器（LCD）的不可或缺的組成部分 - 使其在更薄的尺寸下呈現(xiàn)更加效能和并且更容易生產(chǎn)。這使得制造柔性、可卷曲，甚至可拉伸的顯示器成為可能，同時還提供優(yōu)良的圖像質(zhì)量、廣泛的色域和寬廣的視角。有機(jī)發(fā)光二極管在像素到像素層級產(chǎn)生幾乎完美的黑色的能力也使得卓越的對比度成為可能，這是大多數(shù)顯示技術(shù)無法實現(xiàn)的。
雖然OLED顯示器承諾了一系列消費(fèi)者已經(jīng)非常感興趣的引人注目的新功能，根據(jù)Virey的說法，大眾普遍認(rèn)為在2017年的此刻，OLED所產(chǎn)出的WCG圖像質(zhì)量是最高的，然而根據(jù)Yole分析師的預(yù)測，他們在未來五年內(nèi)的發(fā)展有限，主要原因是全球制造能力有限，每年的產(chǎn)量限于1200萬件。制造OLED昂貴且復(fù)雜，這使得現(xiàn)有電視制造商難以生產(chǎn)其自己的OLED顯示器。
Virey表示：“目前唯一一家生產(chǎn)OLED電視面板的公司是LG。許多OEM品牌的電視機(jī)都提供OLED機(jī)種，但是這些都是使用LG面板。沒有其他公司能夠在短期內(nèi)供應(yīng)OLED面板，至少在2019年至2021年之前是不可能的。其他公司若想加入此行列，他們將不得不掌握OLED技術(shù)的發(fā)展，并且建設(shè)耗資數(shù)十億美元、全新的生產(chǎn)設(shè)施。“
據(jù)Virey介紹，LG公司的一種OLED技術(shù)采用了類似于LCD的彩色濾光片，這種濾光片可以過濾來自白色OLED的光線，產(chǎn)生各種各樣的色彩和出色的圖像質(zhì)量。 OLED顯示器也可以在沒有濾色片的情況下制造，但是需在每個像素中使用紅色、綠色和藍(lán)色LED的組合以呈現(xiàn)寬廣的色域。雖然這種格式也可見前景，但目前藍(lán)色OLED仍然有效率和使用壽命的問題。
一抹藍(lán)
OLED材料制造商Cynora公司營銷官Joanna Wrzeszcz表示，當(dāng)前熒光藍(lán)色OLED發(fā)光器的低效率對整個OLED顯示器的效率有負(fù)面影響。原因在于藍(lán)色OLED生產(chǎn)缺乏合適的高效熒光或磷光材料。
Wrzeszcz解釋道：“熒光材料是穩(wěn)定的，但效率非常低，而用于高效率的紅色和綠色發(fā)光體的磷光技術(shù)不幸的是對于深藍(lán)色材料而言（因為壽命短）而并不成功。”
因此，Cynora公司開發(fā)了自己的藍(lán)色光線發(fā)射器，其使用的材料旨在通過熱激活延遲熒光（TADF）技術(shù)降低OLED內(nèi)部的電應(yīng)力。這些材料可以將單重態(tài)和三重態(tài)激子轉(zhuǎn)換成多層OLED中的光能，三重態(tài)激子在過去曾被證明是具有挑戰(zhàn)性的轉(zhuǎn)換。因此，光線發(fā)射器能夠提供長的使用壽命和高效率。
Wrzeszcz表示：“我們高效率的藍(lán)色TADF材料將使設(shè)備制造商能夠顯著降低功耗（高達(dá)2倍）和更高顯示分辨率的OLED顯示器。”由于此技術(shù)的前景看好， LG和三星甚至共同投資了2500萬歐元來支持Cynora高效藍(lán)色OLED技術(shù)的發(fā)展。
OLED顯示器目前需要相對較大的藍(lán)色像素區(qū)域以達(dá)到合適的亮度。通過Cynora高效TADF光線發(fā)射器的采用，顯示器制造商可以創(chuàng)造更小的藍(lán)色像素，但維持相同數(shù)量的光線，從而可能進(jìn)一步提高分辨率。據(jù)該公司的說法，新的發(fā)射器還可以通過減少其結(jié)構(gòu)所需的層數(shù)來簡化制造并降低OLED的成本。
Cynora計劃在今年年底前發(fā)布第一款藍(lán)色OLED光線發(fā)射器。 Wrzeszcz表示：“我們堅信我們的TADF材料將有助于OLED行業(yè)的下一個材料驅(qū)動的發(fā)展。”從長遠(yuǎn)來看，該公司打算開發(fā)綠色和紅色的TADF發(fā)射器，計劃在2019年年底前推出。
一個點(diǎn)到點(diǎn)的畫面
作為OLED電視面板的唯一制造商，當(dāng)LG在韓國和中國的兩條新建生產(chǎn)線開始運(yùn)營后，2019年下半年開始OLED電視制造基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將有一波顯著的上升勢。
與此同時，中國的京東方顯示器和CSOT等其他廠商也在研發(fā)自己的OLED技術(shù)，但即使在開發(fā)完成之后，仍然需要建設(shè)5-10億美元的生產(chǎn)設(shè)備才能進(jìn)入市場，Virey指出。
OLED面板生產(chǎn)受限的這段時期將為與其競爭的WCG技術(shù)，特別是量子點(diǎn)，提供一扇機(jī)會之窗。量子點(diǎn)提供與OLED顯示器相似的圖像質(zhì)量，同時也可以使用既有的LCD制造基礎(chǔ)設(shè)施制造。
量子點(diǎn)是直徑為2nm至8nm的微小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以使用化學(xué)自組裝技術(shù)在大型反應(yīng)器中生長。它們是高效的能量轉(zhuǎn)換器，在使用短波長、高能量的光進(jìn)行激發(fā)后，能夠充電并發(fā)出不同波長的可見光子。通過將它們結(jié)合到液晶電視中，可以實現(xiàn)WCG性能和圖像質(zhì)量的總體顯著提升。
“量子點(diǎn)使我們能夠展現(xiàn)更廣泛的色彩范圍，”Nanosys的Yurek評論道。 “他們可以制造出可見光譜中的任何顏色，同時也可以非常有效地產(chǎn)生光線，效率高達(dá)99％，使其成為世界上最高效的發(fā)光材料之一。 2009年，三星量子點(diǎn)供貨商N(yùn)anosys（量子點(diǎn)電視的主要生產(chǎn)商之一）推出了一種名為Quantum Rail的玻璃光學(xué)組件，該組件適用于電視機(jī)以提供量子點(diǎn)功能。雖然有效，但是這種格式已經(jīng)被證明對現(xiàn)有的LCD生產(chǎn)周期造成太大的破壞，因為需要額外的制程和機(jī)器設(shè)備來加入光學(xué)組件。因此Nanosys面臨著將量子點(diǎn)引入LCD的挑戰(zhàn)，同時也須設(shè)法最大限度地降低顯示器制造商面臨的資本支出和不便。
Nanosys展示的一個藍(lán)色無鎘電子發(fā)射量子點(diǎn)旁邊的紅色和綠色的無鎘光電發(fā)射材料。
“這導(dǎo)致我們開始生產(chǎn)量子點(diǎn)增強(qiáng)薄膜（QDEF），何者是用量子點(diǎn)涂覆PET薄膜，然后將其放入液晶顯示器的背光源，取代預(yù)先存在的漫射膜，不需要額外的生產(chǎn)步驟。
Yurek說明道。 因此，QDEF比OLED更便宜、也更容易使用在電視機(jī)中，因為它們與當(dāng)前的LCD制造能力完全兼容。因此，任何液晶電視制造商都可以決定在其產(chǎn)品線中添加量子點(diǎn)，以降低資本支出。
Virey說：“如今，每平方米的顯示器價格約為50美元。我們預(yù)計未來五年這個數(shù)字將下降到每平方米15美元左右。”
量子點(diǎn)采用的結(jié)果是LCD的效率和顏色的巨幅提升，使得它們能夠在亮度、色彩和成本等方面與OLED顯示器競爭，并在某些情況下勝過OLED顯示器。
Virey解釋說：“量子點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的峰值亮度，更低的能量消耗，更寬的色域和更好的色彩體積［比OLEDs］ – 具備能夠在任何亮度下完美呈現(xiàn)所有顏色的能力。”
這種具有競爭力的性能，加上最少的資本投入，易于實施和即將到來的OLED電視生產(chǎn)受限時期，可能導(dǎo)致近期量子點(diǎn)LCD（QLCD / QLED）電視在全球的普及。 Yole預(yù)期量子點(diǎn)電視能在未來五年內(nèi)占據(jù)WCG市場的最大份額。
精益求精
在不斷努力降低成本并提高量子點(diǎn)顯示器的滲透率的同時，制造商一直在探索部署量子點(diǎn)的替代方法，這將進(jìn)一步提高其性能，使其超越QDEFs的表現(xiàn)。
“現(xiàn)階段只是量子點(diǎn)可以發(fā)展的開始。這是該技術(shù)路線圖的第一步，“Yurek評論說。”我們正在繼續(xù)投資改善QDEF的成本和效率。由于我們已經(jīng)提高了材料的穩(wěn)定性，我們已經(jīng)能夠?qū)⒘孔狱c(diǎn)移動到LCD面板的前面。”
量子點(diǎn)正被用于取代LCD中特別低效的彩色濾光片，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)三倍的亮度，進(jìn)一步改善的色域，高達(dá)兩倍的能量效率，并且視角接近目前OLED電視機(jī)所能提供的范圍。
“唯一還無法進(jìn)一步改善的是提供絕對的黑色這點(diǎn)。因此，量子點(diǎn)電視機(jī)在這方面還是會落后，” Virey表示。這是因為LCD像素是通過讓背光通過或者阻隔背光亮度來實現(xiàn)的，因此在產(chǎn)生黑暗像素時不能完全擋住背光。
雖然OLED電視目前比QLCD具有這種特殊的優(yōu)勢，但預(yù)計量子點(diǎn)即將到來的發(fā)展將會看到這一技術(shù)差距的縮減。 Yurek解釋說：“我們還在開發(fā)直接發(fā)射量子點(diǎn)，也稱為電致發(fā)光量子點(diǎn)，它與OLED結(jié)構(gòu)類似，但在發(fā)射極層有一個量子點(diǎn)。
根據(jù)Yurek和Virey的說法，除了提供更高的效率之外，，當(dāng)產(chǎn)生完美的黑色電平時，電致發(fā)光量子點(diǎn)預(yù)計將提供與OLED技術(shù)相同的性能。然而，類似于OLEDs，這些新的量子點(diǎn)將需要他們自己的制造流程和基礎(chǔ)設(shè)施已應(yīng)用于電視機(jī)，何者雖然需要額外的資金投入，但也可能促進(jìn)其普及率的進(jìn)一步增加。
Yurek解釋說：“我們在發(fā)射型量子點(diǎn)技術(shù)方面所做的所有工作都依賴于低成本的印刷技術(shù)，如轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)，這對產(chǎn)業(yè)來說可能是非常具有破壞性的。量子點(diǎn)實際上可以實現(xiàn)印刷顯示器的愿景，解決OLED顯示器制造商已經(jīng)嘗試過，但尚未能夠解決的問題。”
雖然電致發(fā)光量子點(diǎn)顯示器預(yù)計在未來四五年的時間還不會進(jìn)入市場，但Yurek肯定，濾色鏡替代品將有可能在明年年底進(jìn)入市場。
根據(jù)Yole Developpement的分析，寬色域技術(shù)細(xì)分區(qū)隔方面 - OLED將保持昂貴和容量限制，而量子點(diǎn)薄膜將在成本降低的同時，通過量子點(diǎn)彩色濾光片出現(xiàn)，以滿足高端市場。
向移動可攜發(fā)展
Virey認(rèn)為，雖然OLED在量子點(diǎn)方面有競爭力，可以改善電視顯示器的色域，但對于移動顯示器來說，OLED將占主導(dǎo)地位。他表示：“它們正在被廣泛應(yīng)用于許多高端機(jī)型，并將在未來五年內(nèi)占據(jù)移動顯示器市場約50％的市場份額。”
三星在小型移動顯示器方面一直非常成功。 “現(xiàn)在它已經(jīng)占有超過99％的移動顯示器市場;即使是新的iPhone X的OLED顯示屏也是由三星提供，“Virey補(bǔ)充說。然而，將這項技術(shù)擴(kuò)展到電視機(jī)的大尺寸方面還沒有那么成功。”
藍(lán)色OLED的進(jìn)步也意味著顯示器消耗更少的功率，從而延長移動設(shè)備的電池壽命。
Nanosys的Yurek相信量子點(diǎn)在移動顯示器方面有未來。 “隨著我們往彩色濾光片替代和電致發(fā)光技術(shù)發(fā)展，它們將成為吸引移動顯示器應(yīng)用的解決方案，因為效率更高，從而延長了電池壽命 - 這是移動行業(yè)的一個重要因素。”
激光成為助力
OLED顯示器開始呈現(xiàn)柔性、可折迭、可卷曲、甚至可拉伸結(jié)構(gòu)的形式。盡管這一轉(zhuǎn)變正在高速進(jìn)行，但是Coherent營銷總監(jiān)Rainer Paetzel表示，顯示器制造商仍然使用化學(xué)和物理氣相沉積，光刻和蝕刻等傳統(tǒng)工藝，仍然留有空間可將更新、更先進(jìn)的處理流程納入其基礎(chǔ)設(shè)施。
（Image： Coherent）以塑料為基礎(chǔ)的電子組件開發(fā)成研究新興重點(diǎn)
Coherent公司正在推廣如HyperRapid NX系列超短脈沖激光器等的新技術(shù)，以補(bǔ)充使用絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、柔性版印刷、凹版印刷和平版印刷等工藝制造的有機(jī)和印刷電子產(chǎn)品（OPE）的制造。Paetzel解釋說，這些電子產(chǎn)品可以幫助改善智能手機(jī)和可穿戴技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)備的生產(chǎn)。
他說：“目前，OLED顯示器并不仰賴OPE技術(shù)，但在中期OPE將有望發(fā)掘與OLED結(jié)合的巨大機(jī)遇，并有機(jī)會取代傳統(tǒng)制造流程，以降低成本，減少材料用量。”
然而，實際上，所有上述印刷技術(shù)都被設(shè)計成產(chǎn)生人眼可辨別的結(jié)構(gòu)，因此限于大約20μm的空間分辨率。因此，如消融、燒結(jié)、固化、切割、鉆孔和退火（ablaTIon， sintering，curing， cutTIng， drilling and annealing）等激光應(yīng)用可以通過實現(xiàn)更高分辨率（消融后約5μm）來輔助印刷制程，這對于OPE的持續(xù)小型化至關(guān)重要。
Coherent認(rèn)為，OPE為制造OLED顯示器和其他現(xiàn)代技術(shù)提供了巨大的前景。然而，印刷過程必須首先克服重大的技術(shù)障礙，以實現(xiàn)OPE的廣泛采用。超短激光脈沖的獨(dú)特處理能力，以及以可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)實惠的方式提供這些脈沖的新一代產(chǎn)品，可能是提高OPE技術(shù)分辨率和市場機(jī)會的關(guān)鍵因素。” Paetzel總結(jié)說。
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