色彩表现 有机EL vs LCD TV

色彩表现：有机EL电视vs.液晶电视2016/06/22 00:001.前言在显示领域最大规模的学会“SID 2016”（5月22日5月27日，美国旧金山）的展会场，LG显示器公司重点展示了有机EL电视，而三星显示器公司则重点展示了VA模式的液晶电视。本文将介绍色彩表现范围不如有机EL电视的液晶电视的对策，以及采用量子点的TFT液晶面板的色彩表现范围改善情况。2.什么是量子点？量子点（Quantum Dot，QD）是为了将电子封闭在微小的空间中而形成的直径数纳米至数十纳米的半导体晶体。向尺寸与波长基本相同的空间中注入电子后，这些电子无法再向三维的任何方向自由移动，因此能获得特定的能量状态。通过改变量子点的尺寸，这种能量状态在某种程度上可自由变化，因此能制作体现新功能的材料。离散的能量状态看起来就像是原子的能级，所以还被称为人工原子。量子点有通过晶体生长形成的，也有通过溶液工艺形成的。后者的量子点叫做胶体量子点。这种量子点的特点包括：（1）可在室温和通常大气压下通过溶液工艺制作元件、（2）能通过材料和粒径控制吸收波长、（3）能够有效利用激发能量，等等。如图1所示，直径1nm10nm的量子点拥有核壳结构，通过紫外光（例如365nm）激发，粒子越小发出的光的波长越短，粒子越大则发光波长越长。代表性核材料是CdSe。最近，作为不含镉（Cd）的低毒性材料，还在研发InP等III-V族半导体和硅（Si）等。壳材料一般多使用ZnS。作为LED背照灯单元（BLU）的替代技术，采用量子点的白色光的高亮度和优异的色彩表现性受到关注。图1：胶体量子点的结构3.基于量子点的TFT液晶面板色彩表现范围改善情况2015年，欧盟委员会批准从关于在电气电子产品中限制使用特定有害物质的EU指令（RoHS 2）中除去量子点材料。并表示，这个决定对“采用量子点的色彩转换LED的能源效率和色彩表现有相当大的好处。量子点已被用于显示器，今后应该还会用于照明用途。显示器采用量子点在节能特性方面对环境整体有良好的影响”。另外还指出，“对于以用于显示器和照明为目的、采用Cd的波长转换用半导体纳米晶体量子点，Cd的使用应该在2018年6月30日解禁”。不过，SID 2016的展会上出现了不使用Cd的量子点展示。而且，在此次展会上，量子点阵营为对抗有机EL而发动攻势的展示也比较多。下面来看一下展区内的演示情况。3.1 Nanosys美国Nanosys公司的量子点“Hyperion”用于TFT液晶面板时，如图2所示，将彩色滤光片对白色LED（YAG）光源的透射率视为1时，量子点增至1.4倍。顺便一提，RG荧光材料为1.1倍。如图3所示，采用Hyperion量子点的TFT液晶面板的色彩表现范围能覆盖BT.2020规格的90以上。这种情况下的亮度为400cd/m2。图2：Nanosys的量子点“Hyperion”的特性（1）笔者在展会现场拍摄。图3：Nanosys的量子点“Hyperion”的特性（2）笔者在展会现场拍摄。量子点薄膜的种类和BT.2020规格的覆盖率如表1所示，CdSe与InP的混合型可覆盖94.1。不过无法100覆盖。因此，要想符合该规格，就要像在2015年12月的学会“IDW 2015”的报告中所说的一样，必须采用以半导体激光为光源的BLU。表1：量子点薄膜的种类和BT.2020的覆盖率笔者根据SID 2016 Digest制作。 （点击放大）如图4所示，LG显示器的“WOLED结构”（白色OLED与彩色滤光片的结构）有机EL面板的亮度为500cd/m2，色彩表现范围为89（DCI-P3）。存在烧机（Burn-in)的课题。而BLU采用无Cd量子点的TFT液晶面板的亮度为1200cd/m2，色彩表现范围为90（PCI-P3），强调了可靠性出色的特点。图4：LG的WOLED（左）和采用无Cd量子点的TFT液晶（右）的色彩表现范围与亮度的比较Nanosys的展区。笔者在展会现场拍摄。3.2 QD Vision如图5所示，美国QD Vision比较了有机EL显示器（图5左上）、采用传统白色LED背照灯的液晶显示器（图5左下）、采用CdSe量子点的液晶显示器（图5右上）以及采用InP量子点的液晶显示器（图5右下）的色彩表现范围（NTSC比）、亮度（cd/m2）、成本（美元）。图6为各自的耗电量。通过比较明确了以下两点。图5：QD Vision展区各类显示器的比较展示笔者在展会现场拍摄。图6：QD Vision展区各类显示器的耗电量比较展示笔者在展会现场拍摄。（1）采用量子点的液晶显示器与采用传统白色LED背照灯的液晶显示器相比，色彩表现范围扩大50，成本仅增加10。不过，是以QD Vision的量子点“Color IQ”为基础。（2）采用“Color IQ”的液晶显示器与有机EL显示器相比，耗电量降低50以上。与其他大色彩表现范围技术相比，耗电量也可削减25以上。不过，无Cd的InP量子点薄膜的价格高达1759美元。4.显示器技术人员眼中的量子点通过将量子点用于BLU，TFT液晶显示器实现了与有机EL相当的色彩表现范围，相关技术已被用于实际商品中。不过，作为显示器技术人员，需要从业务方面重新讨论应对措施。如果一味听信量子点厂商的话，则缺乏作为技术人员的自觉性。5.有机EL的课题解决了吗？2013年的SID上召开了“LCD or OLED？”分会，笔者以“TFT-LCDs as leading role in FPD”为题发表了特邀演讲。演讲中列举了以下5项有机EL电视量产的技术课题。（1）发光材料；低分子（真空蒸镀）或高分子（印刷）、荧光或磷光（2）耗电量、寿命、烧机等的对策（3）支持第10代的TFT阵列制造装置（4）代替掩模蒸镀的色彩分涂技术和装置（5）支持大型面板的封装技术和装置笔者当时表示，“解决这些课题，可以向消费者宣传与液晶电视的不同之处，而且，具备价格竞争力很重要”。图7是TFT液晶面板与有机EL的特性比较。有机EL为韩国LG电子已实现了商品化的、基于白色有机EL与彩色滤光片的方式（RGBW方式），和韩国三星电子商品化的（现在已经退出）RGB方式。图7：TFT液晶与有机EL的特性比较根据笔者在SID 2013上的演讲资料制作。TFT液晶方面，IPS方式已成为移动产品用显示屏的事实标准，而且也得到大屏幕电视机广泛采用。比较的光学特性包括对比度、响应时间、视角、耗电量、寿命、分辨率、色彩表现范围及模块厚度。有机EL的优点是薄、高对比度、高速响应及大视角。不过，寿命和耗电量在实用化方面存在巨大课题。通过应用彩色滤光片，虽然解决了掩模蒸镀的色彩分涂课题，但耗电量增加。距离笔者发表演讲已经过去3年时间，但很难说上述课题已经解决。关于大屏幕电视，估计目前有机EL还不会取代TFT液晶，应该没有问题。6.结束语分两次对有机EL电视和液晶电视做比较发现，液晶电视的课题已经解决，而有机EL电视没有发现优势。另外，有机EL的一些课题在这3年时间里并没有取得突破性进展。（特约撰稿人：鹈饲育弘，Ukai Display Device Institute）