上一次我詳細介紹大顯示屏技術(shù)時(shí)，LCD液晶顯示器才開(kāi)始取代傳統CRT、等離子和采用投影技術(shù)的設備而逐漸占主導地位。當時(shí)OLED也已經(jīng)興起，卻因一些技術(shù)上的不足而受到限制，通常用于可穿戴設備、智能手機和其他小型和(或)“一次性”電子設備中。
接下來(lái)的十年，從某種意義上來(lái)說(shuō)技術(shù)的發(fā)展是完全可以預見(jiàn)的。屏幕越做越大，像素密度(即給定屏幕尺寸的分辨率)也越做越高，LCD仍是主流。傳統的色彩平衡發(fā)生了變化(特別是藍色光譜)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，強環(huán)境光下的可見(jiàn)性及其他歷史遺留問(wèn)題逐步得到解決，LG繼續努力推進(jìn)OLED進(jìn)入電視、零售展示和其他大屏幕應用。
但是正如我在今年消費電子展(CES)的報道中所指出的，LG在OLED產(chǎn)品上的老競爭對手三星似乎正將其大屏幕的開(kāi)發(fā)重新定位于QLED和microLED這兩種替代技術(shù)，這有些令人驚訝。這兩種技術(shù)雖然聽(tīng)起來(lái)很像，實(shí)際上卻完全不同。了解這兩種技術(shù)及其相對于LCD和OLED的一些實(shí)現細節，以及三星想用高利潤率的專(zhuān)利技術(shù)賭一把的打算，就明白為什么要采用這兩種技術(shù)了。我們來(lái)分析一下當前顯示技術(shù)市場(chǎng)的領(lǐng)導者與后來(lái)者的王位之爭。
LCD
LCD技術(shù)的基本優(yōu)勢在于它長(cháng)壽，或者說(shuō)在于它成熟，因為它已經(jīng)蓬勃發(fā)展了幾十年(也可以說(shuō)超過(guò)一個(gè)世紀，看從什么時(shí)候開(kāi)始算)。我從2010年的文章中拷了幾張圖和一些文字來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下LCD技術(shù)。
圖1：傳統的LCD像素結構很容易理解，但是這種結構發(fā)生極小的變化都會(huì )使結果產(chǎn)生很大的差異。向眼睛提供色彩最常見(jiàn)的方法是RGB子像素三元組，也有許多其他方法，例如左圖中的PenTile排列。
通常，兩個(gè)平行偏振片的偏振方向垂直，這阻擋了光的傳輸，從而產(chǎn)生可感知的黑色像素陣列。但ITO(氧化銦錫)可提供足夠強的電場(chǎng)來(lái)改變中間液晶的調制特性，并轉化為不同強度的透光率。
有源矩陣LCD使用TFT(薄膜晶體管)矩陣技術(shù)，每個(gè)像素至少分配有一個(gè)晶體管，以實(shí)現精確的列線(xiàn)到像素的相關(guān)性。顯示控制器激活行線(xiàn)之后，將驅動(dòng)列線(xiàn)上相關(guān)像素的電壓。利用目前使用較多的扭曲向列型(TN)LCD，隨著(zhù)所施加的電壓不斷變化，液晶元件發(fā)生不同程度的扭曲，與偏光鏡相互作用后可通過(guò)不同量的光。精確的電場(chǎng)控制與刷新模式調制技術(shù)相結合，可以生成任意值的每像素灰度。平面轉換(IPS)LCD的出現滿(mǎn)足了顯示器用戶(hù)對改善視角、更深的黑色及其他增強功能的要求。IPS LCD水平對齊液晶單元，并通過(guò)晶體端部對每個(gè)像素施加電場(chǎng)，每像素需要兩個(gè)晶體管，這使得IPS技術(shù)比TN技術(shù)更加昂貴。
不斷變化的扭曲和刷新調制技術(shù)使LCD能夠動(dòng)態(tài)校準每個(gè)像素的亮度，從而在范圍極值之間產(chǎn)生純黑、純白和灰色陰影。子像素是LCD從白色背光源中產(chǎn)生顏色的關(guān)鍵。例如，傳統VGA(視頻圖形陣列)分辨率面板307,200個(gè)像素中的每一個(gè)都包含三個(gè)近距離子像素，每個(gè)子像素具有相關(guān)聯(lián)的紅色、藍色或綠色濾光鏡，只有可見(jiàn)光譜部分才能通過(guò)。對子像素的選擇性控制產(chǎn)生了純色像素的錯覺(jué)，抖動(dòng)進(jìn)一步欺騙眼睛和大腦，從而擴大了感知色調。
在之前的文章中我還提到，穿過(guò)液晶元件的光可能源于“周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的光通過(guò)鏡面背板反射，通過(guò)背光自發(fā)光，或兩者兼有?！比缃?，幾乎所有LCD顯示器都利用了背光，其最初由一排CCFL(冷陰極熒光燈)組成，但近年來(lái)被LED(發(fā)光二極管)陣列取代，實(shí)際上“LED電視”是一個(gè)誤導的營(yíng)銷(xiāo)術(shù)語(yǔ)(基于LED的是背光，而不是它本身的顯示元件)。更先進(jìn)的LED背光采用了各種高尖技術(shù)，包括替代全光譜“白光”LED的RGB LED三元組群，以及在LED陣列內選擇特定區域“局部調光”照明控制等，進(jìn)一步擴展了顯示器的色域、對比度范圍和其他特性。
OLED
三星是“LED電視”這一營(yíng)銷(xiāo)用語(yǔ)濫用的“罪魁禍首”，恕我直言，我猜這可能是因為三星想要模糊其LCD和OLED顯示器的區別。彼時(shí)其主要競爭對手LG剛開(kāi)始加大OLED的促銷(xiāo)力度(三星在2010年推出Galaxy S系列，成為首批采用OLED的智能手機制造商之一)。實(shí)際上，這兩種技術(shù)是完全不同的，OLED具有自發(fā)光特性(用一個(gè)更文雅的術(shù)語(yǔ)就是“發(fā)射性電致發(fā)光”)，顯示屏根本不需要單獨的背光。因此，OLED顯示器非常薄并具有高度的柔軟性，在今年的消費電子展上，LG甚至展示了一款可以“卷起”的OLED電視。
圖2：LG在CES上展示了一系列弧形OLED顯示屏。(圖片來(lái)源：David Benjamin)
您可能認為OLED沒(méi)有背光所以功耗會(huì )比LCD同類(lèi)產(chǎn)品更低，嗯，您是對的……只不過(guò)是有時(shí)候。再次引用我2010年關(guān)于OLED報道，“當以黑色顯示為主時(shí)它們提供了極佳的功耗;但當以淺色顯示為主時(shí)，例如常見(jiàn)的在淺色或白色背景上顯示深色文本，它們的電池消耗可能會(huì )顯著(zhù)高于LCD/背光組合?！边@也解釋了為什么Android、Chrome OS、iOS及相關(guān)應用程序多采用“暗”顯示模式。
QLED
幾年前，三星在CES上展示了基于QLED的原型，現在它已有多種型號投入生產(chǎn)。由于相似的命名，你可能很自然地認為“QLED”是“OLED”的變體，事實(shí)上這兩種技術(shù)是完全不同的。首先，QLED不會(huì )自發(fā)光，它像LCD一樣，需要補充背光(因此名稱(chēng)中包含“LED”)。但是，它用稱(chēng)之為“量子點(diǎn)”的結構代替了LCD的液晶矩陣(因此名稱(chēng)中有表示量子點(diǎn)的“Q”)。引用維基百科的解釋?zhuān)?/p>
量子點(diǎn)(QD)是尺寸只有幾納米的微小半導體粒子，具有與較大的LED粒子不同的光學(xué)和電子特性，是納米技術(shù)的核心主題。很多類(lèi)型的量子點(diǎn)在被電或光激發(fā)時(shí)會(huì )發(fā)光，其頻率可以通過(guò)改變量子點(diǎn)的大小、形狀和材料來(lái)精確調整，從而實(shí)現多種應用。
量子點(diǎn)的特性介于體半導體(bulk semiconductor)和離散原子或分子之間。它們的光電特性隨尺寸和形狀而變化。直徑為5~6nm的較大QD發(fā)射較長(cháng)波長(cháng)的光，產(chǎn)生橙色或紅色等顏色;較小的QD(2~3nm)發(fā)射較短波長(cháng)的光，產(chǎn)生藍色和綠色等顏色，具體的顏色和尺寸根據QD的不同組成而變化。
正如您所了解的，QLED由于采用了成熟的LED背光技術(shù)，因此從技術(shù)上來(lái)說(shuō)是某種程度的改進(jìn)，而不是革命性的創(chuàng )新。雖然量子點(diǎn)的屏幕材料是一個(gè)突破，但它從概念上退回(至少在我看來(lái))到了CRT中使用的紅-綠-藍磷光點(diǎn)屏幕。糟糕，我不小心暴露了年齡......
microLED
“microLED”聽(tīng)起來(lái)不像“QLED”，更不像“OLED”，但從概念上講它實(shí)際上更接近三星的這兩種技術(shù)。三星曾推出一款146英寸的microLED大顯示屏，這絕對可以稱(chēng)之為“The Wall(墻顯示屏)”，今年又新推出了更合消費者胃口(雖然很勉強)的75英寸型號(當然，隨后還會(huì )有更大的219英寸型號)。下面是我在三星新聞稿中發(fā)現的最有趣的敘述：
由于Micro LED具有模塊化特性，該技術(shù)可提供屏幕尺寸的靈活性，使用戶(hù)可以定制屏幕尺寸以適應任何房間或空間。通過(guò)添加Micro LED模塊，用戶(hù)可以將顯示屏擴展到他們想要的任何尺寸。Micro LED的模塊化功能未來(lái)還允許用戶(hù)創(chuàng )建9×3、1×7或5×1等不規則尺寸的終極顯示屏，以滿(mǎn)足其空間、美學(xué)和功能需求。
無(wú)論屏幕的大小和形狀如何，三星的Micro LED技術(shù)還可以?xún)?yōu)化內容。即使多添加幾個(gè)模塊，三星的Micro LED顯示屏也可以進(jìn)行縮放以提高分辨率，同時(shí)保持像素密度不變。此外，Micro LED可以支持從標準的16：9到21：9的寬屏幕電影，甚至支持非常規長(cháng)寬比(如32：9，甚至1：1)的所有內容，而圖像質(zhì)量不打任何折扣。
最后，Micro LED顯示屏不帶擋板，即使添加更多的模塊，模塊之間也沒(méi)有邊框。這種無(wú)縫技術(shù)可以實(shí)現令人驚嘆的無(wú)邊泳池的效果，使Micro LED顯示屏可以?xún)?yōu)雅地融入任何生活環(huán)境。
具有消費者定制靈活性的確很不錯，但我對microLED模塊化沒(méi)什么興趣，主要原因是從制造的角度來(lái)看，三星可以提供同樣的靈活性。想想看……撇開(kāi)子像素和其他的影響因素不談，這些最新的“8K”分辨率電視包含3320萬(wàn)個(gè)像素(7680×4320)。相信我，我認為他們的工廠(chǎng)生產(chǎn)不出完全沒(méi)有像素缺陷的顯示屏，尤其是現在還處于其生命周期的早期。良率降低，成本(因而價(jià)格)必將比現在高出許多。
值得慶幸的是，由于像素密度高，普通消費者幾乎察覺(jué)不到隨機散布在顯示屏上的缺陷(或很少)，當然，對于超近距離檢視屏幕的電視迷則要另當別論了。然而，太多的缺陷，特別是緊密聚集在一起的缺陷，是不可接受的。同樣要考慮的是，顯示器還會(huì )受到半導體器件良率動(dòng)態(tài)的影響。顯示屏(芯片裸片)較大時(shí)，每片的顯示器數就會(huì )減少(每個(gè)晶圓的裸片)，出現缺陷的概率也會(huì )呈指數增加。因此，如果三星確實(shí)可以用多個(gè)較小的模塊組裝microLED大顯示器，那么這將為他們帶來(lái)巨大的收益(成本更低，價(jià)格更低)。
那么，microLED到底是什么?這次我可以說(shuō)它與OLED一樣，具有一個(gè)自發(fā)光結構(無(wú)背光)。然而，它本質(zhì)上是無(wú)機的(還沒(méi)有想到嗎?“OLED”中的“O”表示“有機”)。下面是來(lái)自維基百科的解釋?zhuān)?/p>
microLED顯示器由形成各個(gè)像素元件的微縮LED陣列組成。與廣泛使用的LCD技術(shù)相比，microLED顯示器具有更好的對比度、響應時(shí)間和能效……與傳統LCD系統相比，OLED和microLED都能大大降低能耗。與OLED不同，microLED基于傳統的GaN LED技術(shù)，提供比OLED產(chǎn)品高達30倍的總亮度，以及更高效的效率(以lux/W衡量)。
開(kāi)始寫(xiě)這篇文章時(shí)我沒(méi)打算寫(xiě)成一本書(shū)，但如果繼續寫(xiě)下去，就真成一本書(shū)了。所以就到這兒吧，但我仍然會(huì )密切關(guān)注有趣的顯示技術(shù)的發(fā)展。一如既往地，歡迎與我分享您的任何想法!
(原文刊登于A(yíng)SPENCORE旗下EDN英文網(wǎng)站，參考鏈接：Display technologies: Refinements and new entrants。)
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