像三星和LG這樣的娛樂巨頭正在轉向使用寬色域（WCG）技術，特別是量子點和有機發(fā)光二極管（OLED）來提高單個像素的質(zhì)量。每種技術都有其自身的優(yōu)點和缺點，這些優(yōu)點和缺點將使它們在未來幾年搶占電視機市場的不同區(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分析師Eric Virey博士認為，雖然出現(xiàn)將電視顯示分辨率從4K提高到8K的相關討論，但從科學的角度來看，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)因此將焦點從增加更多像素轉移到提高像素質(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。
量子點顯示器制造商Nanosys的營銷和投資者關系總監(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大的距離。”在這個新技術路線圖的前沿，OLED和量子點，不同的照明格式，都已準備好要為提供電視機提供更優(yōu)質(zhì)卓越的圖像質(zhì)量。
極致黑暗
OLED由多層結構組成，其中之一是有機（碳基）電致發(fā)光材料的薄膜。在電視機采用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)顯示技術無法實現(xiàn)的。
雖然OLED顯示器承諾了一系列消費者已經(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品牌的電視機都提供OLED機種，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技術的發(fā)展，并且建設耗資數(shù)十億美元、全新的生產(chǎn)設施。“
據(jù)Virey介紹，LG公司的一種OLED技術采用了類似于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，但目前藍色OLED仍然有效率和使用壽命的問題。
一抹藍
OLED材料制造商Cynora公司營銷官Joanna Wrzeszcz表示，當前熒光藍色OLED發(fā)光器的低效率對整個OLED顯示器的效率有負面影響。原因在于藍色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)光體的磷光技術不幸的是對于深藍色材料而言（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）技術降低OLED內(nèi)部的電應力。這些材料可以將單重態(tài)和三重態(tài)激子轉換成多層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：“我們高效率的藍色TADF材料將使設備制造商能夠顯著降低功耗（高達2倍）和更高顯示分辨率的OLED顯示器。”由于此技術的前景看好， LG和三星甚至共同投資了2500萬歐元來支持Cynora高效藍色OLED技術的發(fā)展。
OLED顯示器目前需要相對較大的藍色像素區(qū)域以達到合適的亮度。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)造更小的藍色像素，但維持相同數(shù)量的光線，從而可能進一步提高分辨率。據(jù)該公司的說法，新的發(fā)射器還可以通過減少其結構所需的層數(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。
一個點到點的畫面
作為OLED電視面板的唯一制造商，當LG在韓國和中國的兩條新建生產(chǎn)線開始運營后，2019年下半年開始OLED電視制造基礎設施的建設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，但即使在開發(fā)完成之后，仍然需要建設5-10億美元的生產(chǎn)設備才能進入市場，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，特別是量子點，提供一扇機會之窗。量子點提供與OLED顯示器相似的圖像質(zhì)量，同時也可以使用既有的LCD制造基礎設施制造。
量子點是直徑為2nm至8nm的微小半導體結構，可以使用化學自組裝技術在大型反應器中生長。它們是高效的能量轉換器，在使用短波長、高能量的光進行激發(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，三星量子點供貨商Nanosys（量子點電視的主要生產(chǎn)商之一）推出了一種名為Quantum Rail的玻璃光學組件，該組件適用于電視機以提供量子點功能。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器設備來加入光學組件。因此Nanosys面臨著將量子點引入LCD的挑戰(zhàn)，同時也須設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展示的一個藍色無鎘電子發(fā)射量子點旁邊的紅色和綠色的無鎘光電發(fā)射材料。
“這導致我們開始生產(chǎn)量子點增強薄膜（QDEF），何者是用量子點涂覆PET薄膜，然后將其放入液晶顯示器的背光源，取代預先存在的漫射膜，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中，因為它們與當前的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，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。”
量子點采用的結果是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，可能導致近期量子點LCD（QLCD / QLED）電視在全球的普及。 Yole預期量子點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顯示器的滲透率的同時，制造商一直在探索部署量子點的替代方法，這將進一步提高其性能，使其超越QDEFs的表現(xiàn)。
“現(xiàn)階段只是量子點可以發(fā)展的開始。這是該技術路線圖的第一步，“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移動到LCD面板的前面。”
量子點正被用于取代LCD中特別低效的彩色濾光片，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高達三倍的亮度，進一步改善的色域，高達兩倍的能量效率，并且視角接近目前OLED電視機所能提供的范圍。
“唯一還無法進一步改善的是提供絕對的黑色這點。因此，量子點電視機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，但預計量子點即將到來的發(fā)展將會看到這一技術差距的縮減。 Yurek解釋說：“我們還在開發(fā)直接發(fā)射量子點，也稱為電致發(fā)光量子點，它與OLED結構類似，但在發(fā)射極層有一個量子點。
根據(jù)Yurek和Virey的說法，除了提供更高的效率之外，，當產(chǎn)生完美的黑色電平時，電致發(fā)光量子點預計將提供與OLED技術相同的性能。然而，類似于OLEDs，這些新的量子點將需要他們自己的制造流程和基礎設施已應用于電視機，何者雖然需要額外的資金投入，但也可能促進其普及率的進一步增加。
Yurek解釋說：“我們在發(fā)射型量子點技術方面所做的所有工作都依賴于低成本的印刷技術，如轉移印刷技術，這對產(chǎn)業(yè)來說可能是非常具有破壞性的。量子點實際上可以實現(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)光量子點顯示器預計在未來四五年的時間還不會進入市場，但Yurek肯定，濾色鏡替代品將有可能在明年年底進入市場。
根據(jù)Yole Developpement的分析，寬色域技術細分區(qū)隔方面 - OLED將保持昂貴和容量限制，而量子點薄膜將在成本降低的同時，通過量子點彩色濾光片出現(xiàn)，以滿足高端市場。
向移動可攜發(fā)展
Virey認為，雖然OLED在量子點方面有競爭力，可以改善電視顯示器的色域，但對于移動顯示器來說，OLED將占主導地位。他表示：“它們正在被廣泛應用于許多高端機型，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補充說。然而，將這項技術擴展到電視機的大尺寸方面還沒有那么成功。”
藍色OLED的進步也意味著顯示器消耗更少的功率，從而延長移動設備的電池壽命。
Nanosys的Yurek相信量子點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)光技術發(fā)展，它們將成為吸引移動顯示器應用的解決方案，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、甚至可拉伸結構的形式。盡管這一轉變正在高速進行，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、更先進的處理流程納入其基礎設施。
（Image： Coherent）以塑料為基礎的電子組件開發(fā)成研究新興重點
Coherent公司正在推廣如HyperRapid NX系列超短脈沖激光器等的新技術，以補充使用絲網(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和可穿戴技術等現(xiàn)代設備的生產(chǎn)。
他說：“目前，OLED顯示器并不仰賴OPE技術，但在中期OPE將有望發(fā)掘與OLED結合的巨大機遇，并有機會取代傳統(tǒng)制造流程，以降低成本，減少材料用量。”
然而，實際上，所有上述印刷技術都被設計成產(chǎn)生人眼可辨別的結構，因此限于大約20μm的空間分辨率。因此，如消融、燒結、固化、切割、鉆孔和退火（ablaTIon， sintering，curing， cutTIng， drilling and annealing）等激光應用可以通過實現(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)小型化至關重要。
Coherent認為，OPE為制造OLED顯示器和其他現(xiàn)代技術提供了巨大的前景。然而，印刷過程必須首先克服重大的技術障礙，以實現(xiàn)OPE的廣泛采用。超短激光脈沖的獨特處理能力，以及以可靠、靈活和經(jīng)濟實惠的方式提供這些脈沖的新一代產(chǎn)品，可能是提高OPE技術分辨率和市場機會的關鍵因素。” Paetzel總結說。
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