全球第八化學(xué)家開(kāi)課:電視能被打印出來(lái)
我入職家電頻道時(shí)正好趕上小米樂(lè)視開(kāi)始發(fā)布互聯(lián)網(wǎng)電視的檔口，當(dāng)時(shí)感覺(jué)這個(gè)行業(yè)涌現(xiàn)出了前所未有的活力，競(jìng)爭(zhēng)變得更為激烈、產(chǎn)品和宣傳思路也更年輕和互聯(lián)網(wǎng)化，而且所能夠買到的電視也更加的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。然而在這個(gè)行業(yè)久了逐漸就會(huì)知道，目前絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)的電視品牌所做的工作都是組裝，從國(guó)外、臺(tái)灣或是大陸采購(gòu)面板，組裝生產(chǎn)，經(jīng)歷這么簡(jiǎn)單地加工之后就流向市場(chǎng)了，真正能夠帶動(dòng)顯示技術(shù)革命的事件往往發(fā)生在國(guó)外品牌上。
然而這種現(xiàn)象正在逐步發(fā)生著改變，就像新聞中說(shuō)的那樣，電動(dòng)汽車給了中國(guó)汽車行業(yè)彎道超車的能力，它讓國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)可以跨過(guò)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)沉淀，站在新能源汽車起跑線上參與全球電動(dòng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)。
目前的電視圈也有些類似的跡象，在這個(gè)4K、HDR、OLED、量子點(diǎn)等技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)不斷涌現(xiàn)的時(shí)代，顯示技術(shù)的創(chuàng)新也如同和競(jìng)爭(zhēng)一樣變得更為激烈。在4K已經(jīng)成為絕對(duì)主流之后，HDR技術(shù)也已經(jīng)霸占了所有高端的電視新品。留給這個(gè)時(shí)代的疑問(wèn)還有一個(gè)，到底誰(shuí)才是未來(lái)顯示技術(shù)的主流，業(yè)界的答案是傾向于OLED的，因?yàn)樗且环N顯示技術(shù)的徹底革命，如同從CRT到液晶的轉(zhuǎn)變，液晶技術(shù)到OLED也是一種全新顯示技術(shù)原理的變革。
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全球第八化學(xué)家開(kāi)課講解顯示技術(shù)
但是，早在2007年就初現(xiàn)雛形的OLED技術(shù)發(fā)展了近10年也沒(méi)有成為主流，時(shí)至今日它依舊面臨著生產(chǎn)良品率的考驗(yàn)，所以現(xiàn)在的OLED電視依舊很貴且小眾。就在OLED這么“龜速”發(fā)展的期間，另一種現(xiàn)實(shí)形態(tài)出現(xiàn)了，它就是量子點(diǎn)，從索尼、三星、TCL、海信等諸多品牌都在使用這項(xiàng)顯示技術(shù)，它的出現(xiàn)給液晶電視可以從色彩表現(xiàn)力上完勝OLED的優(yōu)勢(shì)，因此OLED是否能夠替代液晶電視便成為了懸念，而在上周我們參加“科學(xué)家面對(duì)面——量子點(diǎn)顯示科普大講壇”之后，本來(lái)堅(jiān)信OLED的我出現(xiàn)了動(dòng)搖甚至是選擇的偏移。
彭笑剛教授
這次TCL舉辦的講壇活動(dòng)并沒(méi)有講述TCL的產(chǎn)品，它是一場(chǎng)純粹的量子點(diǎn)技術(shù)科普，而且還讓我們文科生很“頭疼”，因?yàn)橹髦v人是浙大的化學(xué)系教授，更讓人興奮地是這位彭笑剛教授的背景。根據(jù)百度百科的資料顯示，他是國(guó)際頂尖的納米材料學(xué)家，有多頂尖？湯森路透公司發(fā)布了依據(jù)過(guò)去10年中所發(fā)表研究論文的影響因子而確定的全球頂尖一百名化學(xué)家榜單，彭笑剛教授名列第八，簡(jiǎn)單說(shuō)就是化學(xué)家全球第八，讓我這樣的文科生去聽(tīng)一位世界級(jí)化學(xué)家的講座還真有些難度，但卻并非如此。
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量子點(diǎn)是一種高新技術(shù)材料
如果是以往的電視科普或產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，肯定是以產(chǎn)品技術(shù)或賣點(diǎn)作為主題的，然而你見(jiàn)過(guò)有企業(yè)給你科普資源危機(jī)和高新材料嗎？根據(jù)彭教授介紹，地球的再生能力完全依靠太陽(yáng)能，按照1961年的標(biāo)準(zhǔn)，人類活動(dòng)便使用了地球再生能力的70%、80年代達(dá)到了100%，1999年已經(jīng)是120%，如果按照歐美人2010年的生活標(biāo)準(zhǔn)推算，人類需要5個(gè)地球才能支撐。當(dāng)然，不可能全球都按照美國(guó)的生活和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，因?yàn)檫@個(gè)占全球5%人口的超級(jí)大國(guó)用掉了全球40%的資源。
為了限制篇幅，彭教授之后講解的資源與回收的關(guān)系就不做介紹了，總之現(xiàn)在的回收效率并不高，因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家把垃圾處理拋給了依靠手工作業(yè)的發(fā)展中國(guó)家。在彭教授看來(lái)，對(duì)于像我國(guó)還有印度這樣的后起大國(guó)，面對(duì)已經(jīng)存在的自然資源短缺現(xiàn)狀，突破這一問(wèn)題的核心應(yīng)該是高新材料的發(fā)展和應(yīng)用，讓過(guò)去沒(méi)有被使用的物質(zhì)變得有用，同時(shí)不給自然造成負(fù)擔(dān)。
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人類歷史上最優(yōu)秀的發(fā)光材料
量子點(diǎn)就是這樣的高新材料之一，因?yàn)樗窃谠谠印⒎肿铀缴蠈?duì)物質(zhì)進(jìn)行了重構(gòu)、實(shí)現(xiàn)了革新或者更好的性能、還能夠改變?nèi)祟惖纳罘绞?。量子點(diǎn)的應(yīng)用前景包括顯示、太陽(yáng)能電池、生物標(biāo)記等多個(gè)領(lǐng)域，目前應(yīng)用最廣泛的還是在顯示領(lǐng)域，彭教授一句話概括說(shuō)“量子點(diǎn)有可能是人類有史以來(lái)發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)秀的發(fā)光材料”。
量子點(diǎn)是溶液半導(dǎo)體納米晶體，直徑只有1-100nm，相當(dāng)于頭發(fā)絲寬度的萬(wàn)分之一。它能夠通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸而發(fā)射出藍(lán)色、綠色、紅色、黃色等等的光，需要哪個(gè)波長(zhǎng)就能夠做到哪個(gè)波長(zhǎng)，這樣光學(xué)特性的物質(zhì)是第一次出現(xiàn)在人類歷史上，此外量子點(diǎn)發(fā)光還具備色純度高的特性，這點(diǎn)我們從以往對(duì)量子點(diǎn)電視的接觸中就不難看出，因?yàn)楹芫靡郧熬陀辛孔狱c(diǎn)電視可以達(dá)到110%NTSC色域了，而OLED想要破百都難，量子點(diǎn)高純度的RGB背光為提升色彩顯示范圍提供了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
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BT2020到來(lái)后
色域破百與液晶和OLED徹底無(wú)緣了
在如今，這套使用了數(shù)十年的電視標(biāo)準(zhǔn)（NTSC）已經(jīng)不能夠滿足顯示技術(shù)發(fā)展需要了，所以引領(lǐng)全球拍攝技術(shù)的好萊塢想要力推全新的BT2020標(biāo)準(zhǔn)，它的色彩空間可以覆蓋到人類肉眼所能夠感知的所有顏色。完整BT2020標(biāo)準(zhǔn)的色域覆蓋面積相當(dāng)于140%的NTSC，量子點(diǎn)的極限也就僅僅可以達(dá)到100%BT2020，LED液晶和OLED技術(shù)想要達(dá)到這樣廣域的色彩范圍則是無(wú)法想象的。
馬蹄形色域空間圖最外圈藍(lán)色虛線為BT2020標(biāo)準(zhǔn)顯示空間
實(shí)線為量子點(diǎn)光譜，虛線為OLED
液晶電視想要突破色域空間限制，可以將背光中出除RGB以外的其他顏色光線全部過(guò)濾掉，這樣做雖然思路有效，然而能耗上并不實(shí)際，現(xiàn)有液晶電視的背光在經(jīng)過(guò)液晶、濾光片、偏光片后就已經(jīng)損失太多光效了，100瓦背光透過(guò)液晶面板出現(xiàn)在視野的光或許只有區(qū)區(qū)幾瓦，如果對(duì)背光的過(guò)濾更加嚴(yán)苛，功率肯定還要大幅提升才行。
而OLED陣營(yíng)呢，你需要知道的是目前的OLED電視大多以白色OLED“背光”加彩色濾光片做顯示的，成像原理有點(diǎn)類似液晶電視，只不過(guò)OLED自發(fā)光的特性無(wú)需背光模塊的介入，這也就是當(dāng)前OLED（WOLED）電視色域不高的原因。真正的OLED 應(yīng)該是RGBOLED，就是每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)著可以獨(dú)立發(fā)光的三色OLED子像素，然而這種做法的生產(chǎn)良品率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于WOLED，所以至今也沒(méi)有在大尺寸面板上普及。
與現(xiàn)在的液晶顯示技術(shù)相比，OLED的優(yōu)勢(shì)在于黑場(chǎng)、柔性，因?yàn)榭梢元?dú)立控制像素發(fā)光，純碎黑色是"燈箱"般液晶電視所永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到的，柔性就更不用說(shuō)，前凸后翹的曲線早就讓OLED玩脫了，誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)這么新鮮的電視機(jī)。
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第二代電致發(fā)光量子點(diǎn)
高色域的“OLED”技術(shù)
在彭教授看來(lái)，OLED的這種優(yōu)勢(shì)只是短暫領(lǐng)先，因?yàn)樵诘诙孔狱c(diǎn)技術(shù)到來(lái)后，它可以達(dá)到與OLED一樣的像素級(jí)自發(fā)光，而且還是高亮高純度的三原色自發(fā)光。
當(dāng)前我們看到的量子點(diǎn)技術(shù)被彭教授歸納是第一代量子點(diǎn)，它使用光來(lái)“催化”發(fā)光，原理大致是通過(guò)藍(lán)色LED背光激發(fā)液晶面板上的量子點(diǎn)膜片帶來(lái)綠色和紅色，這樣便能夠產(chǎn)生完整的三原色，或者是用量子點(diǎn)的背光源替代LED。雖然這些技術(shù)已經(jīng)令色域達(dá)到有效提升和超越了，但這也不是量子點(diǎn)的終極表現(xiàn)。
第二代量子點(diǎn)技術(shù)通過(guò)量子來(lái)發(fā)光（左側(cè)）
第二代量子點(diǎn)技術(shù)將用電取代光，一個(gè)電子和一個(gè)空穴同（對(duì)應(yīng)著陰極陽(yáng)極，像素結(jié)構(gòu)與OLED一樣）時(shí)到達(dá)一個(gè)量子點(diǎn)便能夠發(fā)光，這為量子點(diǎn)帶來(lái)的也是如同OLED一樣的像素自發(fā)光能力，因?yàn)槊恳粋€(gè)量子點(diǎn)“模塊”都能夠被電子控制發(fā)光了，過(guò)去則是背光的激發(fā)產(chǎn)生“整體”的光源再通過(guò)液晶偏轉(zhuǎn)過(guò)濾或顯示。
如果量子點(diǎn)真的做到的電致發(fā)光，它將與OLED具備一樣的“自發(fā)光”特性，黑場(chǎng)自然就可以媲美OLED了。然而在色彩表達(dá)上，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)色譜窄的特點(diǎn)，它的三原色純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于OLED，所以量子點(diǎn)將在電致發(fā)光的時(shí)代超越OLED電視。
電致發(fā)光的量子點(diǎn)模塊
在講壇現(xiàn)場(chǎng)我們已經(jīng)見(jiàn)到了電致發(fā)光的量子點(diǎn)模塊，也就是說(shuō)這種發(fā)光原理已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)階段將要解決的是如何將他們縮小并均勻固定在“面板”上，注意，我沒(méi)有說(shuō)液晶面板，電致發(fā)光量子點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)后，液晶的每一個(gè)像素都將變成像素級(jí)背光，通過(guò)三原色混合就能實(shí)現(xiàn)圖像顯示了，無(wú)需液晶控制已經(jīng)背光濾色。
將量子點(diǎn)模塊縮小是最難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)壁壘，OLED也面臨著類似的困境，目前OLED采用的技術(shù)路線是真空蒸鍍，需要在真空環(huán)境下將有機(jī)材料加熱蒸發(fā)并鍍?cè)贗TO玻璃上成膜，除了這個(gè)有機(jī)層，用于它發(fā)光的電級(jí)以及蒸鍍保護(hù)層也要被真空蒸鍍?cè)诓Ａ姘迳?，以上只是它?fù)雜工序中的極少一部分。
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未來(lái) 電視有可能是被打印出來(lái)的
第二代量子點(diǎn)技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)的加工方式是打印，因?yàn)楝F(xiàn)有量子點(diǎn)技術(shù)就是通過(guò)溶液加工的納米晶體，它可以被制成“量子點(diǎn)墨水”通過(guò)類似噴墨打印的技術(shù)被打印在塑料膜中，如果技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，在加工能效以及良品率等等層面都將超越OLED的真空蒸鍍，想想被打印出來(lái)的A4紙，量子點(diǎn)電視的柔性也就順理成章了，而且似乎可以通過(guò)覆膜打印在任何平滑物體上。
量子點(diǎn)打印的小丑魚(yú) 注意20um的比例尺
而且量子點(diǎn)打印技術(shù)已經(jīng)距離我們不算遙遠(yuǎn)，搜索資料發(fā)現(xiàn)有瑞士研究人員用量子點(diǎn)打印技術(shù)打印出了噴墨圖像，這是一個(gè)長(zhǎng)0.115毫米、寬0.08毫米的熱帶小丑魚(yú)的彩色圖像，大小只有小丑魚(yú)的1/3000，每英寸擁有25000個(gè)像素點(diǎn)，RGB單個(gè)量子點(diǎn)之間相距500納米，這么來(lái)看以后4K、8K分辨率都會(huì)瞬間落伍了。當(dāng)然，量子點(diǎn)打印技術(shù)用作電視還需要打印出用于量子點(diǎn)發(fā)光的電極以及將量子點(diǎn)打印和封裝在膜片或面板上等等問(wèn)題，對(duì)此彭教授預(yù)測(cè)可以在3年后從研發(fā)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，5年應(yīng)該是量子點(diǎn)打印技術(shù)產(chǎn)品化的時(shí)間?！?/p>
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