论 OLED可否取代LCD 技术革命之路
2016-01-04
1、量子点究竟改变了什么
2015注定是不平凡的一年,因为2014还在一边倒的鼓吹OLED将会取代LCD成为未来技术,如今却演变成二者相争的局面。从本质上说,还是由于LCD技术的大幅进步,改进了LCD的固有缺陷,也拉低了和OLED的距离。
电视归根结底还是画质的比拼。说白了,谁更清晰,谁更有市场。附加功能有,当然也会加分,这和手机屏幕的提升有些类似,从720P到1080P,再从1080P到2K,甚至IFA2015中索尼祭出了黑科技——4K的Z5 Premium,其实电视屏幕的提升速度一点不比手机屏幕慢,五年前1080P的高清效果,跳过2K直接到4K,甚至不乏8K的产品。
从1080P到4K,分辨率的提升虽然带来更精细的画面,但总体效果却没有想象中的飞跃,其实无论广告吹嘘的如何,画质仍然是避免的话题。
而衡量画质的两个重要因素是对比度和色彩精度,如果两台电视放在一起进行对比,其中一台拥有更好的对比度和色彩精度,另一台则拥有更高的分辨率,那么几乎所有人都会认为前者的画质更棒。尽管分辨率更低,但更高的对比度和色彩精度会让画面看起来更真实、更自然。
随着HDR、量子点等新技术不断商用,LCD终于在画质上有和OLED一较高低的实力,那么HDR、量子点究竟是什么呢?
最早的量子点电视是TCL率先提出,LG和三星也紧随其后,展示了类似技术的产品。
TCL率先提出量子点电视
很多朋友会误解,认为“量子点电视”是类似等离子电视的全新事物,实际上量子点电视还属于LCD电视,和传统LCD电视最大的区别是背光技术,也是凭借这项技术使画质得到了显着提升。
我们知道,LCD电视虽然是最主流的产品,但显示效果差的问题一直存在,表现在对比度低(黑色不够深沉)、色域低(颜色不够艳丽)、响应时间长(看球赛有拖影)。量子点技术则是主要解决了色域低的问题,并一举超越了OLED电视。
LCD电视大多使用白光LED背光源,主要的原因是性价比高,但LED产生的白光中,红光和绿光的纯度低,导致色域不太理想(NTSC色域覆盖率CIE1931数值越大越好,LCD电视是68-72%,OLED电视是85%)。量子点技术则是用蓝光LED替换白光LED,蓝光通过含镉介质时会和其中极细微的纳米粒子发生反应,从而发出非常纯正的红光和绿光。而这种极细粒子被称为量子点,其实叫纳米点才准确。
纳米粒子
用上述方法将三原色凑齐了,调配成纯正的白光作为LCD电视的背光源,这样的量子点电视色域非常理想(量子点电视是110%)。说到这里大家也许会恍然大悟,量子点技术其实是一种背光技术。
普通LCD和量子点LCD结构对比
不过含镉材料做成什么样子,则有两种不同的方案。其一是做成薄膜,覆盖在LCD后,可成本会随屏幕尺寸的增大而大幅提高,所以适用于手机、平板等小屏幕设备上;其二是QD Vision开发的Color IQ技术,将含镉材料做成细管,遮挡在LED前,成本上有一定优势,也是多数量子点电视采用的方案。
量子点电视的优势
值不值得买,对量子点电视来说,算不上一个问题。量子点技术大幅改进了背光源结构,并使用了新型材料,明显改善了显示效果。如果从显示效果这一点来看的话,量子点技术在已是瓶颈的LCD上实现了飞跃性的提升,当然是值得买的。
2、HDR如何增强画质
HDR概念的提出似乎比量子点电视稍晚了点,导致消费者对HDR的认知比量子点还陌生。严格来说,HDR和量子点不同,并不是LCD的专属技术,同样可以搭载OLED中,只是在LCD中发挥的作用更大一些。
HDR全称High-Dynamic Range(高动态范围)。HDR不是新鲜词,在拍照中,由于相机的动态范围(宽容度)有限,画面中同时包含明暗对比强烈的的场景时,如天空和地面,相机只可以倾向测量其中一个场景的曝光,结果是获得的画面要么过曝要么过暗。
而相机HDR会通过不同的曝光值快速拍摄多张照片,合为一张。相比普通图像,HDR图像可以提供更多的动态范围和图像细节,根据不同的曝光时间的LDR(Low-Dynamic Range)图像,利用每个曝光时间相对应最佳细节的LDR图像来合成最终HDR图像。既保留了亮度适中的明处,也展现了细节清晰的暗处。对比度高、明暗清晰、色彩鲜明,最大程度使照片的观感符合拍照时的效果。
而今次我们要说的,电视HDR和相机HDR有共通地方,却又不尽相同。严格的说,相机HDR并不是真正的高动态范围,也无法真正实现HDR。照片HDR的动态范围实际上并未改变,只不过额外的曝光带来了额外的信息。
电视HDR则是一种截然不同的技术,区别在它对画面的改变方式上。这要从LCD的原理上说起,LCD需要背光才可以呈现内容,而负责亮度调节的LCD做不到100%遮挡光线(当然,如果光线都被遮挡住,我们也看不到图像了)。所以在显示黑色的场景时,仍会有一定的光线漏出,使得黑色不纯,也是我们常说的漏光。
这样的限制导致LCD无法在对比度、色域上媲美OLED,而HDR恰好是针对这两项问题进行改善。
最初厂商想实现LCD高动态范围,说难也不难,既然LCD做不到100%遮挡光线,那直接关闭背光就可以了,这也是区域控光的由来。不过LCD的每个像素并不像OLED是独立的光源,一个背光灯要覆盖一个区域的所有像素背光。
区域控光则是可以自动识别图像中的黑色区域,关闭或降低这部分背光灯的亮度,来实现真正的黑色,增强画面的对比度。
而电视HDR最重要的就是增加亮度,从普通电视的400nits增加到1000nits,甚至更高,亮度的提升可以使画面更真实,尤其是户外场景。
电视HDR大幅度的提升对比度和色彩精度的同时,画面中明亮的部分会更清晰,暗处的部分会更有深度,看上去层次分明。而色彩精度的提升则会让颜色都看起来更纯粹和明亮。从而获得了更纯粹的显示效果、更丰富的冷暖交替和更广泛的色彩范围。
此外,WCG(广色域)也会随HDR一同到来,这会极大拓展电视呈现出来的色彩,从而呈现更真实的效果。同时,电视HDR并不像照片HDR看着有些异样,而只会提升画质表现。
当然,提升亮度和色彩精度是要成本的,HDR电视的画质也是有高低的区别。所以,并不可以简单的认为,支持HDR的电视显示效果一定比普通电视好。HDR唯一的含义是,可以播放HDR设备录制的视频。
然而,由于没有统一标准,不同品牌的HDR电视可能存在亮度差异。比如,LG拥有“超高亮度”,三星标榜“峰值照明”,松下突出“动态范围的重塑”,索尼提供两种方案,夏普则选择了Dobly的HDR技术。
HDR电视需要HDR内容才能够凸显自身的价值
当然,HDR电视需要HDR内容才能够凸显自身的价值。到目前为止,只有亚马逊的串流服务有一些HDR资源,不过,Netflix对HDR的态度非常积极,2014年推出的《马可波罗》是首部在HDR下重置的剧集。此外,今年推出的60部自制剧中有10部可以支持HDR。Netflix则会针对旗下部分流媒体内容进行HDR重制。
3、自主画质芯片的意义
2015电视领域的创新技术不在少数,如果说有一项值得国人骄傲的,那么非“海信自主研发SOC级画质芯片Hi-View Pro”莫属了。我们知道,影响电视画质的因素有很多,但有大有小,对比度、色域是占比较大的,另一个占比较大的应该就是画质芯片了。
一般来说,高端电视由主芯片+TCOM芯片组成,而随着4K、8K片源的普及和流媒体视频的推广,电视通过主芯片、TCOM芯片和画质芯片相互配合,将会大幅度提高运算性能。
据透露,海信Hi-View Pro画质芯片使用龙芯中科为视频处理深度定制开发的CPU,这是国产自主CPU在超高清视频处理领域的首次成功应用。
海信信芯董事长黄卫平博士表示:”将LCD做到极致是海信的“战略”,画质芯片的推出会进一步增强此前海信ULED的核心竞争力,预计第一年量产100万片。海信的图谋将不仅仅局限于民用,也将大踏步进军绘图、医疗、影视等专业领域。“
海信芯片研发负责人钟声介绍:“Hi-View Pro画质芯片大幅改善LCD的动态对比度、动态范围、清晰度、色域等关键因素,是国家‘核高基’高端芯片产业化的成果。”
据悉,Hi-View Pro画质芯片第一年将量产100万片,用于海信电视的中高端ULED产品线并同步行业共享。
海信推出自主芯片的意义远不止一项技术这么简单,长久以来,全世界范围内也只有三星、三星等屈指可数的几家巨头有研发画质引擎芯片的实力,海信是首个可以生产同类产品的国内厂商,作为中国企业,海信第一个进入“三组芯”时代,并且海信自主的画质芯片成本远远低于国外同类产品,很有竞争力。
海信Hi-View Pro画质芯片使国产电视不用完全依赖进口,掌握真正的核心科技,带动行业更多关注技术迭代,摆脱“唯性价比”论,加速差异化;同时也会拉低画质芯片的市场价格,打下大范围普及的基础;并且会让消费者对高画质的需求更明确,形成供需互促的良性循环。
4、OLED最致命的缺陷已攻克
OLED全称是Organic Light-Emitting Diode(有机发光二极管),和LCD不同的是,OLED的特性是自发光,无需背光支持,并且对比度高、亮度均匀、色域和视角广。
OLED的特性是自发光,无需背光支持,并且对比度高、亮度均匀、色域和视角广
其次OLED电压需求低,有反应快、厚度薄、结构简单、效率高、重量轻等特点。可以不像LCD固定在玻璃面板中,理论上来讲,只要用可以弯曲的基板材料,如装在塑料或金属箔片等柔性材料上,OLED屏幕的呈现形态即可改变。
过去OLED最致命的问题是寿命,因为OLED需要R、G、B三种材料受电流刺激来主动发光,而三种材料的老化程度不同,用了一段时间后,衰减快的材料亮度下降也快,屏幕便会产生偏色。
原因是技术上还无法解决B材料(甚至是R材料)的和寿命和稳定性的问题,所以“取巧”的借用容易获取的G材料(因为它最可靠、最耐用)和R、B材料进行2:1来混合使用,G像素作为主像素,用更大的电流驱动,产生更高的亮度;将R、B像素相对减少,可以间接把R、B材料的寿命和稳定性的问题回避。
并且OLED的R、G、B三种材料的波长不尽相同,把它们一起放进面板中,如果使用相同发光层,波长短的G、B发光层,为迁就波长最长的R材料,会造成G、B发光层厚度过大,导致光波中掺进无数不必要的“杂质成分”,严重影响光线纯度,颜色精度难以提高。
尤其是波长最短的B材料,由于发射层过长,它所掺进的“杂质成分”也最多,导致纯度最差,严重影响光效。
这时B材料若要达到和G、R材料相同亮度,必须用更大电流驱动,然后又会导致发热和功耗的迅速提高,陷入恶性循环。这也是影响B材料寿命和稳定性的重要原因之一(另外B材料本身比较难提取)。
厂商的做法是将人眼最敏感的G饱和度调高,使屏幕偏向“艳丽”,这样可以掩盖R、B纯度的问题,虽然明亮、艳丽,很讨好眼球,但带来的却是色彩偏移、色域低、拖影等问题(过去我们总是调侃三星的“绿屏”,其实并不是三星不懂较色,而是为了延长使用寿命采取的折中方案)。
如今,随着材料的进步,这个问题已经解决。台工研院研发“OLED表面电浆耦合增益技术”,可以将G频谱转换为B光谱,突破有机B材料寿命短的瓶颈。
台工研院的解决方案是不使用任何B材料,而是以技术手段将G频谱转换为B频谱,从而开发出OLED表面电浆耦合增益技术PCOLED 。利用DML结构产生平面型电浆耦合效应,可以将G材料的频谱转换为B频谱,白光OLED可以利用G材料取代B材料,不但解决了寿命太短的问题,甚至比传统OLED延长达20多倍。
目前台工研院在大陆、台湾、德国和美国申请专利,并进一步掌握OLED关键材料和及制程技术,向产业化迈进。
总结:从目前的市场来看,我们依然无法明确指明LCD、OLED谁更有前途。LCD通过HDR、量子点等技术,获得了长足的进步,尤其是纳米材料作为背光源的量子点技术,使LCD的效果可以接近、甚至超越OLED,而成本较低,寿命却更久。
OLED拥有LG和一众国产厂商的支持,综合体验还是是如今最出色的。同时随着技术的不断成熟,尺寸、分辨率和寿命都有所提升,唯一的问题便是成本,还需要更多时间来被消费市场所接受。
可以肯定的是,LCD和OLED屏幕在很长时间内还会共存于市场中,也各具优势,激烈的竞争有望让消费者以更低的价格获得更好的显示效果,对于电视、电脑、显示器等领域的影响都是积极的。
LCD、OLED的竞争和CRT时代,普通显像管和特丽珑、钻石珑的竞争如出一辙。普通显像管的效果一般,但有价格优势;而索尼的特丽珑、三菱的钻石珑由于使用单枪三束、三枪三束的技术,效果非常出色,远超普通显像管,但价格也要贵出数倍。
但在CRT时代中,即使特丽珑、钻石珑的画质优势处在绝对领先的位置,却并没有取代普通显像管。特丽珑、钻石珑占据高端市场,普通显像管占据低端市场,它们互有优势,这种优势的唯一性也使得市场处于并存的态势。
从如今OLED技术来说,虽然最难攻克的寿命瓶颈已经解决,但只要OLED成本无法降到LCD水平,两者长期并存则是常态,LCD和OLED的竞争也会是当年普通显像管和特丽珑、钻石珑如出一辙。