色彩表現(xiàn) 有機(jī)EL vs LCD TV

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1、 色彩表現(xiàn)：有機(jī)EL電視vs.液晶電視 2016/06/22 00:00 1.前言 在顯示領(lǐng)域最大規(guī)模的學(xué)會(huì)“SID 2016”（5月22日～5月27日，美國(guó)舊金山）的展會(huì)場(chǎng)，LG顯示器公司重點(diǎn)展示了有機(jī)EL電視，而三星顯示器公司則重點(diǎn)展示了VA模式的液晶電視。本文將介紹色彩表現(xiàn)范圍不如有機(jī)EL電視的液晶電視的對(duì)策，以及采用量子點(diǎn)的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍改善情況。 2.什么是量子點(diǎn)？ 量子點(diǎn)（Quantum Dot，QD）是為了將電子封閉在微小的空間中而形成的直徑數(shù)納米至數(shù)十納米的半導(dǎo)體晶體。向尺寸與波長(zhǎng)基本相同的空間中注入電子后，這些電子無法再向三維的任何方向自由移動(dòng)，因此

2、能獲得特定的能量狀態(tài)。通過改變量子點(diǎn)的尺寸，這種能量狀態(tài)在某種程度上可自由變化，因此能制作體現(xiàn)新功能的材料。離散的能量狀態(tài)看起來就像是原子的能級(jí)，所以還被稱為人工原子。 量子點(diǎn)有通過晶體生長(zhǎng)形成的，也有通過溶液工藝形成的。后者的量子點(diǎn)叫做膠體量子點(diǎn)。這種量子點(diǎn)的特點(diǎn)包括：（1）可在室溫和通常大氣壓下通過溶液工藝制作元件、（2）能通過材料和粒徑控制吸收波長(zhǎng)、（3）能夠有效利用激發(fā)能量，等等。 如圖1所示，直徑1nm～10nm的量子點(diǎn)擁有核殼結(jié)構(gòu)，通過紫外光（例如365nm）激發(fā)，粒子越小發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短，粒子越大則發(fā)光波長(zhǎng)越長(zhǎng)。代表性核材料是CdSe。最近，作為不含鎘（Cd）的低毒性材料，

3、還在研發(fā)InP等III-V族半導(dǎo)體和硅（Si）等。殼材料一般多使用ZnS。作為L(zhǎng)ED背照燈單元（BLU）的替代技術(shù)，采用量子點(diǎn)的白色光的高亮度和優(yōu)異的色彩表現(xiàn)性受到關(guān)注。 圖1：膠體量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu) 3.基于量子點(diǎn)的TFT液晶面板色彩表現(xiàn)范圍改善情況 2015年，歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)從《關(guān)于在電氣電子產(chǎn)品中限制使用特定有害物質(zhì)的EU指令（RoHS 2）》中除去量子點(diǎn)材料。并表示，這個(gè)決定對(duì)“采用量子點(diǎn)的色彩轉(zhuǎn)換LED的能源效率和色彩表現(xiàn)有相當(dāng)大的好處。量子點(diǎn)已被用于顯示器，今后應(yīng)該還會(huì)用于照明用途。顯示器采用量子點(diǎn)在節(jié)能特性方面對(duì)環(huán)境整體有良好的影響”。另外還指出，“對(duì)于以用于顯示器和照明

4、為目的、采用Cd的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換用半導(dǎo)體納米晶體量子點(diǎn)，Cd的使用應(yīng)該在2018年6月30日解禁”。 不過，SID 2016的展會(huì)上出現(xiàn)了不使用Cd的量子點(diǎn)展示。而且，在此次展會(huì)上，量子點(diǎn)陣營(yíng)為對(duì)抗有機(jī)EL而發(fā)動(dòng)攻勢(shì)的展示也比較多。下面來看一下展區(qū)內(nèi)的演示情況。 3.1 Nanosys 美國(guó)Nanosys公司的量子點(diǎn)“Hyperion”用于TFT液晶面板時(shí)，如圖2所示，將彩色濾光片對(duì)白色LED（YAG）光源的透射率視為1時(shí)，量子點(diǎn)增至1.4倍。順便一提，RG熒光材料為1.1倍。如圖3所示，采用Hyperion量子點(diǎn)的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍能覆蓋BT.2020規(guī)格的90％以上。這種情況下的

5、亮度為400cd/m2。 圖2：Nanosys的量子點(diǎn)“Hyperion”的特性（1） 筆者在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝。 圖3：Nanosys的量子點(diǎn)“Hyperion”的特性（2） 筆者在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝。 量子點(diǎn)薄膜的種類和BT.2020規(guī)格的覆蓋率如表1所示，CdSe與InP的混合型可覆蓋94.1％。不過無法100％覆蓋。因此，要想符合該規(guī)格，就要像在2015年12月的學(xué)會(huì)“IDW 2015”的報(bào)告中所說的一樣，必須采用以半導(dǎo)體激光為光源的BLU。 表1：量子點(diǎn)薄膜的種類和BT.2020的覆蓋率 筆者根據(jù)SID 2016 Digest制作。 （點(diǎn)擊放大） 如圖4所示，

6、LG顯示器的“WOLED結(jié)構(gòu)”（白色OLED與彩色濾光片的結(jié)構(gòu)）有機(jī)EL面板的亮度為500cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為89％（DCI-P3）。存在燒機(jī)（Burn-in)的課題。而BLU采用無Cd量子點(diǎn)的TFT液晶面板的亮度為1200cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為90％（PCI-P3），強(qiáng)調(diào)了可靠性出色的特點(diǎn)。 圖4：LG的WOLED（左）和采用無Cd量子點(diǎn)的TFT液晶（右）的色彩表現(xiàn)范圍與亮度的比較 Nanosys的展區(qū)。筆者在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝。 3.2 QD Vision 如圖5所示，美國(guó)QD Vision比較了有機(jī)EL顯示器（圖5左上）、采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器（圖5左下

7、）、采用CdSe量子點(diǎn)的液晶顯示器（圖5右上）以及采用InP量子點(diǎn)的液晶顯示器（圖5右下）的色彩表現(xiàn)范圍（NTSC比％）、亮度（cd/m2）、成本（美元）。圖6為各自的耗電量。通過比較明確了以下兩點(diǎn)。 圖5：QD Vision展區(qū)各類顯示器的比較展示 筆者在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝。 圖6：QD Vision展區(qū)各類顯示器的耗電量比較展示 筆者在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝。 （1）采用量子點(diǎn)的液晶顯示器與采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器相比，色彩表現(xiàn)范圍擴(kuò)大50％，成本僅增加10％。不過，是以QD Vision的量子點(diǎn)“Color IQ”為基礎(chǔ)。 （2）采用“Color IQ”的液晶顯示

8、器與有機(jī)EL顯示器相比，耗電量降低50％以上。與其他大色彩表現(xiàn)范圍技術(shù)相比，耗電量也可削減25％以上。 不過，無Cd的InP量子點(diǎn)薄膜的價(jià)格高達(dá)1759美元。 4.顯示器技術(shù)人員眼中的量子點(diǎn) 通過將量子點(diǎn)用于BLU，TFT液晶顯示器實(shí)現(xiàn)了與有機(jī)EL相當(dāng)?shù)纳时憩F(xiàn)范圍，相關(guān)技術(shù)已被用于實(shí)際商品中。不過，作為顯示器技術(shù)人員，需要從業(yè)務(wù)方面重新討論應(yīng)對(duì)措施。如果一味聽信量子點(diǎn)廠商的話，則缺乏作為技術(shù)人員的自覺性。 5.有機(jī)EL的課題解決了嗎？ 2013年的SID上召開了“LCD or OLED？”分會(huì)，筆者以“TFT-LCDs as leading role in FPD”為題發(fā)表了特邀演

9、講。演講中列舉了以下5項(xiàng)有機(jī)EL電視量產(chǎn)的技術(shù)課題。 （1）發(fā)光材料；低分子（真空蒸鍍）或高分子（印刷）、熒光或磷光 （2）耗電量、壽命、燒機(jī)等的對(duì)策 （3）支持第10代的TFT陣列制造裝置 （4）代替掩模蒸鍍的色彩分涂技術(shù)和裝置 （5）支持大型面板的封裝技術(shù)和裝置 筆者當(dāng)時(shí)表示，“解決這些課題，可以向消費(fèi)者宣傳與液晶電視的不同之處，而且，具備價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力很重要”。圖7是TFT液晶面板與有機(jī)EL的特性比較。有機(jī)EL為韓國(guó)LG電子已實(shí)現(xiàn)了商品化的、基于白色有機(jī)EL與彩色濾光片的方式（RGBW方式），和韓國(guó)三星電子商品化的（現(xiàn)在已經(jīng)退出）RGB方式。 圖7：TFT液晶與有機(jī)EL的特

10、性比較 根據(jù)筆者在SID 2013上的演講資料制作。 TFT液晶方面，IPS方式已成為移動(dòng)產(chǎn)品用顯示屏的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，而且也得到大屏幕電視機(jī)廣泛采用。比較的光學(xué)特性包括對(duì)比度、響應(yīng)時(shí)間、視角、耗電量、壽命、分辨率、色彩表現(xiàn)范圍及模塊厚度。有機(jī)EL的優(yōu)點(diǎn)是薄、高對(duì)比度、高速響應(yīng)及大視角。不過，壽命和耗電量在實(shí)用化方面存在巨大課題。通過應(yīng)用彩色濾光片，雖然解決了掩模蒸鍍的色彩分涂課題，但耗電量增加。 距離筆者發(fā)表演講已經(jīng)過去3年時(shí)間，但很難說上述課題已經(jīng)解決。關(guān)于大屏幕電視，估計(jì)目前有機(jī)EL還不會(huì)取代TFT液晶，應(yīng)該沒有問題。 6.結(jié)束語 分兩次對(duì)有機(jī)EL電視和液晶電視做比較發(fā)現(xiàn)，液晶電視的課題已經(jīng)解決，而有機(jī)EL電視沒有發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。另外，有機(jī)EL的一些課題在這3年時(shí)間里并沒有取得突破性進(jìn)展。（特約撰稿人：鵜飼育弘，Ukai Display Device Institute）