LG的老競爭對手三星將其大屏幕的開發重新定位於QLED和microLED。這兩種技術雖然聽起來很像，實際上卻完全不同。瞭解這兩種技術及其相對於LCD和OLED的一些實現細節，以及三星想用高利潤率的專利技術賭一把的打算，就明白為什麼要採用這兩種技術了。
上一次我詳細介紹大顯示屏技術時，LCD液晶顯示器才開始取代傳統CRT、等離子和採用投影技術的設備而逐漸占主導地位。當時OLED也已經興起，卻因一些技術上的不足而受到限制，通常用於可穿戴設備、智能手機和其他小型和(或)“一次性”電子設備中。
接下來的十年，從某種意義上來說技術的發展是完全可以預見的。屏幕越做越大，像素密度(即給定屏幕尺寸的分辨率)也越做越高，LCD仍是主流。傳統的色彩平衡發生了變化(特別是藍色光譜)，隨著技術的發展，強環境光下的可見性及其他歷史遺留問題逐步得到解決，LG繼續努力推進OLED進入電視、零售展示和其他大屏幕應用。
但是正如我在今年消費電子展(CES)的報道中所指出的，LG在OLED產品上的老競爭對手三星似乎正將其大屏幕的開發重新定位於QLED和microLED這兩種替代技術，這有些令人驚訝。這兩種技術雖然聽起來很像，實際上卻完全不同。瞭解這兩種技術及其相對於LCD和OLED的一些實現細節，以及三星想用高利潤率的專利技術賭一把的打算，就明白為什麼要採用這兩種技術了。我們來分析一下當前顯示技術市場的領導者與後來者的王位之爭。
LCD
LCD技術的基本優勢在於它長壽，或者說在於它成熟，因為它已經蓬勃發展了幾十年(也可以說超過一個世紀，看從什麼時候開始算)。我從2010年的文章中拷了幾張圖和一些文字來簡單回顧一下LCD技術。
圖1：傳統的LCD像素結構很容易理解，但是這種結構發生極小的變化都會使結果產生很大的差異。向眼睛提供色彩最常見的方法是RGB子像素三元組，也有許多其他方法，例如左圖中的PenTile排列。
通常，兩個平行偏振片的偏振方向垂直，這阻擋了光的傳輸，從而產生可感知的黑色像素陣列。但ITO(氧化銦錫)可提供足夠強的電場來改變中間液晶的調製特性，並轉化為不同強度的透光率。
有源矩陣LCD使用TFT(薄膜晶體管)矩陣技術，每個像素至少分配有一個晶體管，以實現精確的列線到像素的相關性。顯示控制器激活行線之後，將驅動列線上相關像素的電壓。利用目前使用較多的扭曲向列型(TN)LCD，隨著所施加的電壓不斷變化，液晶元件發生不同程度的扭曲，與偏光鏡相互作用後可通過不同量的光。精確的電場控制與刷新模式調製技術相結合，可以生成任意值的每像素灰度。平面轉換(IPS)LCD的出現滿足了顯示器用戶對改善視角、更深的黑色及其他增強功能的要求。IPS LCD水平對齊液晶單元，並通過晶體端部對每個像素施加電場，每像素需要兩個晶體管，這使得IPS技術比TN技術更加昂貴。
不斷變化的扭曲和刷新調製技術使LCD能夠動態校準每個像素的亮度，從而在範圍極值之間產生純黑、純白和灰色陰影。子像素是LCD從白色背光源中產生顏色的關鍵。例如，傳統VGA(視頻圖形陣列)分辨率面板307,200個像素中的每一個都包含三個近距離子像素，每個子像素具有相關聯的紅色、藍色或綠色濾光鏡，只有可見光譜部分才能通過。對子像素的選擇性控制產生了純色像素的錯覺，抖動進一步欺騙眼睛和大腦，從而擴大了感知色調。
在之前的文章中我還提到，穿過液晶元件的光可能源於“周圍環境產生的光通過鏡面背板反射，通過背光自發光，或兩者兼有。”如今，幾乎所有LCD顯示器都利用了背光，其最初由一排CCFL(冷陰極熒光燈)組成，但近年來被LED(發光二極管)陣列取代，實際上“LED電視”是一個誤導的營銷術語(基於LED的是背光，而不是它本身的顯示元件)。更先進的LED背光采用了各種高尖技術，包括替代全光譜“白光”LED的RGB LED三元組群，以及在LED陣列內選擇特定區域“局部調光”照明控制等，進一步擴展了顯示器的色域、對比度範圍和其他特性。
OLED
三星是“LED電視”這一營銷用語濫用的“罪魁禍首”，恕我直言，我猜這可能是因為三星想要模糊其LCD和OLED顯示器的區別。彼時其主要競爭對手LG剛開始加大OLED的促銷力度(三星在2010年推出Galaxy S系列，成為首批採用OLED的智能手機制造商之一)。實際上，這兩種技術是完全不同的，OLED具有自發光特性(用一個更文雅的術語就是“發射性電致發光”)，顯示屏根本不需要單獨的背光。因此，OLED顯示器非常薄並具有高度的柔軟性，在今年的消費電子展上，LG甚至展示了一款可以“捲起”的OLED電視。
圖2：LG在CES上展示了一系列弧形OLED顯示屏。(圖片來源：David Benjamin)
您可能認為OLED沒有背光所以功耗會比LCD同類產品更低，嗯，您是對的……只不過是有時候。再次引用我2010年關於OLED報道，“當以黑色顯示為主時它們提供了極佳的功耗;但當以淺色顯示為主時，例如常見的在淺色或白色背景上顯示深色文本，它們的電池消耗可能會顯著高於LCD/背光組合。”這也解釋了為什麼Android、Chrome OS、iOS及相關應用程序多采用“暗”顯示模式。
QLED
幾年前，三星在CES上展示了基於QLED的原型，現在它已有多種型號投入生產。由於相似的命名，你可能很自然地認為“QLED”是“OLED”的變體，事實上這兩種技術是完全不同的。首先，QLED不會自發光，它像LCD一樣，需要補充背光(因此名稱中包含“LED”)。但是，它用稱之為“量子點”的結構代替了LCD的液晶矩陣(因此名稱中有表示量子點的“Q”)。引用維基百科的解釋：
量子點(QD)是尺寸只有幾納米的微小半導體粒子，具有與較大的LED粒子不同的光學和電子特性，是納米技術的核心主題。很多類型的量子點在被電或光激發時會發光，其頻率可以通過改變量子點的大小、形狀和材料來精確調整，從而實現多種應用。
量子點的特性介於體半導體(bulk semiconductor)和離散原子或分子之間。它們的光電特性隨尺寸和形狀而變化。直徑為5~6nm的較大QD發射較長波長的光，產生橙色或紅色等顏色;較小的QD(2~3nm)發射較短波長的光，產生藍色和綠色等顏色，具體的顏色和尺寸根據QD的不同組成而變化。
正如您所瞭解的，QLED由於採用了成熟的LED背光技術，因此從技術上來說是某種程度的改進，而不是革命性的創新。雖然量子點的屏幕材料是一個突破，但它從概念上退回(至少在我看來)到了CRT中使用的紅-綠-藍磷光點屏幕。糟糕，我不小心暴露了年齡......
microLED
“microLED”聽起來不像“QLED”，更不像“OLED”，但從概念上講它實際上更接近三星的這兩種技術。三星曾推出一款146英寸的microLED大顯示屏，這絕對可以稱之為“The Wall(牆顯示屏)”，今年又新推出了更合消費者胃口(雖然很勉強)的75英寸型號(當然，隨後還會有更大的219英寸型號)。下面是我在三星新聞稿中發現的最有趣的敘述：
由於Micro LED具有模塊化特性，該技術可提供屏幕尺寸的靈活性，使用戶可以定製屏幕尺寸以適應任何房間或空間。通過添加Micro LED模塊，用戶可以將顯示屏擴展到他們想要的任何尺寸。Micro LED的模塊化功能未來還允許用戶創建9×3、1×7或5×1等不規則尺寸的終極顯示屏，以滿足其空間、美學和功能需求。
無論屏幕的大小和形狀如何，三星的Micro LED技術還可以優化內容。即使多添加幾個模塊，三星的Micro LED顯示屏也可以進行縮放以提高分辨率，同時保持像素密度不變。此外，Micro LED可以支持從標準的16：9到21：9的寬屏幕電影，甚至支持非常規長寬比(如32：9，甚至1：1)的所有內容，而圖像質量不打任何折扣。
最後，Micro LED顯示屏不帶擋板，即使添加更多的模塊，模塊之間也沒有邊框。這種無縫技術可以實現令人驚歎的無邊泳池的效果，使Micro LED顯示屏可以優雅地融入任何生活環境。
具有消費者定製靈活性的確很不錯，但我對microLED模塊化沒什麼興趣，主要原因是從製造的角度來看，三星可以提供同樣的靈活性。想想看……撇開子像素和其他的影響因素不談，這些最新的“8K”分辨率電視包含3320萬個像素(7680×4320)。相信我，我認為他們的工廠生產不出完全沒有像素缺陷的顯示屏，尤其是現在還處於其生命週期的早期。良率降低，成本(因而價格)必將比現在高出許多。
值得慶幸的是，由於像素密度高，普通消費者幾乎察覺不到隨機散佈在顯示屏上的缺陷(或很少)，當然，對於超近距離檢視屏幕的電視迷則要另當別論了。然而，太多的缺陷，特別是緊密聚集在一起的缺陷，是不可接受的。同樣要考慮的是，顯示器還會受到半導體器件良率動態的影響。顯示屏(芯片裸片)較大時，每片的顯示器數就會減少(每個晶圓的裸片)，出現缺陷的概率也會呈指數增加。因此，如果三星確實可以用多個較小的模塊組裝microLED大顯示器，那麼這將為他們帶來巨大的收益(成本更低，價格更低)。
那麼，microLED到底是什麼?這次我可以說它與OLED一樣，具有一個自發光結構(無背光)。然而，它本質上是無機的(還沒有想到嗎?“OLED”中的“O”表示“有機”)。下面是來自維基百科的解釋：
microLED顯示器由形成各個像素元件的微縮LED陣列組成。與廣泛使用的LCD技術相比，microLED顯示器具有更好的對比度、響應時間和能效……與傳統LCD系統相比，OLED和microLED都能大大降低能耗。與OLED不同，microLED基於傳統的GaN LED技術，提供比OLED產品高達30倍的總亮度，以及更高效的效率(以lux/W衡量)。
開始寫這篇文章時我沒打算寫成一本書，但如果繼續寫下去，就真成一本書了。所以就到這兒吧，但我仍然會密切關注有趣的顯示技術的發展。一如既往地，歡迎與我分享您的任何想法!
(原文刊登於ASPENCORE旗下EDN英文網站，參考鏈接：Display technologies: Refinements and new entrants。)
本文為《電子技術設計》2019年6月刊雜誌文章。
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