京东方突破500PPI的“QLED”到底是什么鬼？

文章转载自：显示速递

7月中旬京东方集团中央研究院已取得了关于高分辨率QLED的突破，这次京东方的突破主要是突破了喷墨打印对分辨率的限制，让PPI直接翻倍达到了500PPI以上，而色彩范围也达到了114%NTSC色域（大家常见的sRGB只能盖住72%左右的NTSC色域）。当然，色域其实是这些新技术的传统艺能。

这500PPI是什么概念呢？差不多接近手机上的2K级屏幕，像Galaxy S20+是525PPI，Note10+也才498PPI。

那QLED到底是什么东西呢？

QLED全称是Quantum dot Light Emitting Diode，中文就是量子点发光二极管。而QLED显示器，顾名思义就是用了这种技术的显示器。在这里笔者要先解释一下为什么量子点可以发光。

其原理是透过电流或者光能来刺激量子点，其内里的部分电子会获得足够的能量来脱离原子并且达到更高能级，而这些电子在回归到较低能级的过程中就会发光。

至于发出哪种颜色的光则是由量子点本身的大小决定的。一般来说，6nm的量子点由于能带间隙较小，只需要少量能量就可以使电子脱离原子，其产生的波长也会因而会较长，因此会发出红光；2nm的量子点则是相反，能带间隙较大，因此波长会较短，产生的是蓝光；而处位两者之间大小的3-4nm量子点则会发出绿光。

QLED VS OLED

差之毫厘谬以千里，这句话常被用来形容两件看起来相似其实完全不同的事物，QLED和OLED就是一对很好的模型。表面上看，两者的区别就在于Organic与Quantum Dot，而实际上，两者相差了几乎一整个世界。

根据前面的表述，QLED就是通过无机物发光的LED，OLED就是通过有机物发光的LED。Q和O好像它们的父亲，而LED就是它们的母亲。LED——Light Emitting Diode发光二极管，这个装置里面包含正负极，在电流从正极流向负极，通过二极管中的发光材质时，电流激发它释放光能，我们就看到它——亮了。

二极管电路示意图（左）及LED灯珠构造示意图（右）

QLED的多层结构示意图

电子与空穴结合后放电发光过程示意图

虽然都是基于发光二极管的原理，但是在发光效率，图元密度，色彩表现，能耗控制等方面，QLED屏幕和OLED屏幕都远强于普通的LED显示屏幕。这是因为LED灯珠的核心发光器件是一块电致发光的半导体材料芯片，制造工艺比较简单，就算是目前最 高工艺的高密度LED显示屏（小间距LED）也只能做到0.7mm的点间距，以iPhone7手机的屏幕尺寸计算（138.3mm×67.1mm），屏幕分辨率只得197×95，直接沦为电子表。

QLED和OLED的制备工艺中，从材料到设备都有着科研级别的规格要求，以至于能够涉足上游供应链的仅少数德、日、韩等国企业，完全是以未来黑科技的标准在极高的技术壁垒中稳步推进，所呈现的效果必然非“作坊”式的产品可比。

另外，在生产的工艺上，OLED由于发光中心为有机分子，目前多采用蒸镀工艺生产，即把发光材料高温处理成小分子结构，再使其在指定位置重新凝结的工艺，此方法对环境要求极高，且工序复杂，设备精密，最重要的是很难满足大尺寸屏幕的生产需要。而QLED发光中心为半导体纳米晶体，可溶于多种溶液，具备通过溶液制备的可能，一方面会有效降低制造成本，另一方面也可以突破在屏幕尺寸上的限制。

QLED路遥遥

但是！有一点很重要的是，以上所说的那些对比都是QLED在最终形态下才可以做到的。

当前各大厂家借助品牌商不遗余力的宣传，QLED（量子点）概念得到了极大的推广，尤其是在选购平板电视的时候，大多数消费者已经产生了量子点电视更加先进的认知。而他们中的大多数可能不太清楚，同称QLED电视，其实差别还是很大的。

市售QLED电视是借助无机量子点材料光致发光的特性，对液晶面板的背光源进行改善的一种应用，准确的描述应该是QD-BLU（量子点背光源技术）。

“达文西”无厘头的发明“光致发光”原理手电筒，神贴合的解释了QD-BLU技术（影片《国产凌凌漆》剧照）

真正的QLED电视则是依据无机量子点发光二极管电致发光的原理，使QLED材质主动进行发光，并通过控制无机物成分和颗粒尺寸等性状来显示不同的颜色，从而实现画面显示功能的一种应用。

无机量子点材料

这也就造成了目前将QLED总共有三个阶段，而现在QLED屏幕最大的生产厂商三星也只是刚刚踏进第二个阶段，之前也只是宣布了2021年可能会有基于第二阶段QLED的产品面世而已。

这是因为QLED要做到上述超越OLED的效果难度很大，因此各家厂商只能先用一些可以比较容易实现QLED工作方式的方法来把QLED这个东西撑起来先。

图片来源：Nanosys

那么，QLED的三个阶段到底是哪几个呢？我们可以来看看QLED龙头老大Nanosys的这份QLED路线图。虽然图里总共有六种的演示方案，其实总结起来无非就是三种：量子点强化膜、量子点彩色滤光片以及主动矩阵发光二极管。

新手村：量子点增强膜

量子点增强膜（Quantum dot Enhancement Film）是QLED的首个阶段，现在所有市面上QLED显示器或者电视都是用这种技术。这个技术对于实现QLED是这样的：既然要实现QLED依靠电流完全自发光还是有点难度，而量子点在电流或者光能的刺激下都可以发光，那么何不依靠一个外部的光源来为量子点提供能量？而传统的LED背光源似乎就是目前来说最便捷的方案了。

因此各QLED厂家在这个阶段的做法就是在LED背光源前加上一层量子点强化膜，然后通过LED背光来给膜上的量子点拖加能量，让它们呈现出红绿色彩。

但是如果是使用传统的白光作为背光源的话，由于会有颜色串扰的问题，所以色彩会没那么好。因此量子点增强膜后面会是一个蓝光的LED背光源，这样可以确保量子点产出的红蓝绿色不会被白光所干扰，以及保证蓝光的纯净，从而给出更佳的色域。

最先运用量子点增强膜技术的是索尼在2013年推出市面的TRILUMINOS电视。及后三星、LG以及TCL都推出了自家的量子点增强电视。再之后在2017年时，三星、TCL、海信以及Nanosys成立了QLED联盟来推动QLED的发展。

不过，虽然说Nanosys对于量子点增强膜的期望值是大于百分之90的BT.2020色域，但是目前哪怕是目前最为高端的QLED电视也只能做到百分之80多一点的BT.2020色域。

进阶版：量子点彩色滤光片

量子点彩色滤光片（Quantum dot Color Converter）目前仍然处于实验阶段，而三星去年开始投资110亿美元研发经费以及升级生产线为的也就是这个。

简单来说，这项技术就是以量子点彩色滤光片来取代传统的彩色滤光片，继续使用蓝光光源来获得更好的色彩表现以及更高的亮度。传统的彩色滤光片由于会过滤掉2/3的光，因此最 高亮度以及能耗比都不是最 好的。而如果换用量子点彩色滤光片的话，这个问题就会得到很大改善，因为是以量子点发光的形式而非依靠过滤掉其他光谱的光来来显示出颜色。另外由于使用了量子点彩色滤光片后偏光片需要后移至前者后面，因此也有助于改善屏幕的可视角度。

而这项技术不仅仅可以应用在LED屏幕上，这也是为什么笔者上面会说蓝光光源而非背光源的原因，因为像OLED以及或是许会在不久后到来的Micro LED这些自发光的光源也可以用来为量子点色滤光片提供光能，也就是QD-OLED以及QD-Micro LED。

三星想在2021年推出的就是这里面的QD-OLED屏幕。OLED本身的色彩也是很不错的，不过OLED屏幕的造价一直较贵，以及寿命比起LCD短不少。而QD-OLED则是以蓝光OLED作光源，让蓝色以自发光方式产生，并且以此让量子点彩色滤光片产生红绿光。

这样结合出来的结果就是理论上来说相比起纯OLED屏幕造价可以降低不少之余又可以保留OLED的超高对比度度特性，但同时间也保留了OLED的缺点，那就是最 高亮度不会很高。

至于QD-Micro LED，这个嘛……先等Micro LED量产了再说吧。

终极体：主动矩阵量子点发光二极管

最后就是QLED的最终形态，也是真正的QLED，那就是AMQLED（Active-Matrix Quantum dot Light Emitting Diodes），因为上面的两个阶段量子点都需要借助光能来实现色彩。

正如这个阶段的名称以及Nanosys的路线图所示，AMQLED是透过给量子点压加电流来使其自发光从而制造颜色的，不需要依靠外部的光能来提供能量，因此色彩可以显示得更加纯净，这也是为什么在AMQLED理论上可以达到百分百的BT.2020色域的原因。

对于AMQLED，笔者只想到两个字：神器。因为理论上AMQLED有着比OLED更广的色域、更加长久的寿命、不会有影像残留的问题以及更重要的一点：以更低的成本来达成上述的优势。

其实AMQLED与OLED两者在结构上面可以说是差不多的，最主要的不同在于两者的材料。因此AMQLED屏幕可以做得像OLED屏幕一样薄，并且同样具有快速响应时间的特点。换言之，用AMQLED来打游戏的体验也会是很好的。

至于实际应用方面，早在2017年时京东方就表示他们研发出了5寸以及14寸的AMQLED屏幕，不过直至目前仍然没有实际的产品应用，可见AMQLED的实现难度之大。

上图为5寸AMQLED，下图为14寸AMQLED

不过随着科技的进步，在未来的几年内可能会出现真正用上京东方AMQLED的产品。而如果三星接下来的QD-OLED是可以成功投产的话，那么接下来也肯定会开始AMQLED的研发。