全球第八化学家开课:电视能被打印出来

2016-07-26 15:35:59     作者:风景独好      来源:泡泡网

标签: 智能电视

我入职家电频道时正好赶上小米乐视开始发布互联网电视的档口,当时感觉这个行业涌现出了前所未有的活力,竞争变得更为激烈、产品和宣传思路也更年轻和互联网化,而且所能够买到的电视也更加的经济实惠。然而在这个行业久了逐渐就会知道,目前绝大多数国内的电视品牌所做的工作都是组装,从国外、台湾或是大陆采购面板,组装生产,经历这么简单地加工之后就流向市场了,真正能够带动显示技术革命的事件往往发生在国外品牌上。

      我入职家电频道时正好赶上小米乐视开始发布互联网电视的档口,当时感觉这个行业涌现出了前所未有的活力,竞争变得更为激烈、产品和宣传思路也更年轻和互联网化,而且所能够买到的电视也更加的经济实惠。然而在这个行业久了逐渐就会知道,目前绝大多数国内的电视品牌所做的工作都是组装,从国外、台湾或是大陆采购面板,组装生产,经历这么简单地加工之后就流向市场了,真正能够带动显示技术革命的事件往往发生在国外品牌上。

       然而这种现象正在逐步发生着改变,就像新闻中说的那样,电动汽车给了中国汽车行业弯道超车的能力,它让国内汽车产业可以跨过与工业发达国家的技术沉淀,站在新能源汽车起跑线上参与全球电动汽车的竞争。

   目前的电视圈也有些类似的迹象,在这个4K、HDR、OLED、量子点等技术在短时间内不断涌现的时代,显示技术的创新也如同和竞争一样变得更为激烈。在4K已经成为绝对主流之后,HDR技术也已经霸占了所有高端的电视新品。留给这个时代的疑问还有一个,到底谁才是未来显示技术的主流,业界的答案是倾向于OLED的,因为它是一种显示技术的彻底革命,如同从CRT到液晶的转变,液晶技术到OLED也是一种全新显示技术原理的变革。
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      全球第八化学家开课讲解显示技术

       但是,早在2007年就初现雏形的OLED技术发展了近10年也没有成为主流,时至今日它依旧面临着生产良品率的考验,所以现在的OLED电视依旧很贵且小众。就在OLED这么“龟速”发展的期间,另一种现实形态出现了,它就是量子点,从索尼、三星、TCL、海信等诸多品牌都在使用这项显示技术,它的出现给液晶电视可以从色彩表现力上完胜OLED的优势,因此OLED是否能够替代液晶电视便成为了悬念,而在上周我们参加“科学家面对面——量子点显示科普大讲坛”之后,本来坚信OLED的我出现了动摇甚至是选择的偏移。

彭笑刚教授
   这次TCL举办的讲坛活动并没有讲述TCL的产品,它是一场纯粹的量子点技术科普,而且还让我们文科生很“头疼”,因为主讲人是浙大的化学系教授,更让人兴奋地是这位彭笑刚教授的背景。根据百度百科的资料显示,他是国际顶尖的纳米材料学家,有多顶尖?汤森路透公司发布了依据过去10年中所发表研究论文的影响因子而确定的全球顶尖一百名化学家榜单,彭笑刚教授名列第八,简单说就是化学家全球第八,让我这样的文科生去听一位世界级化学家的讲座还真有些难度,但却并非如此。
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       量子点是一种高新技术材料

       如果是以往的电视科普或产品发布会,肯定是以产品技术或卖点作为主题的,然而你见过有企业给你科普资源危机和高新材料吗?根据彭教授介绍,地球的再生能力完全依靠太阳能,按照1961年的标准,人类活动便使用了地球再生能力的70%、80年代达到了100%,1999年已经是120%,如果按照欧美人2010年的生活标准推算,人类需要5个地球才能支撑。当然,不可能全球都按照美国的生活和生产标准运行,因为这个占全球5%人口的超级大国用掉了全球40%的资源。

   为了限制篇幅,彭教授之后讲解的资源与回收的关系就不做介绍了,总之现在的回收效率并不高,因为发达国家把垃圾处理抛给了依靠手工作业的发展中国家。在彭教授看来,对于像我国还有印度这样的后起大国,面对已经存在的自然资源短缺现状,突破这一问题的核心应该是高新材料的发展和应用,让过去没有被使用的物质变得有用,同时不给自然造成负担。
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     人类历史上最优秀的发光材料

  量子点就是这样的高新材料之一,因为它是在在原子、分子水平上对物质进行了重构、实现了革新或者更好的性能、还能够改变人类的生活方式。电子点的应用前景包括显示、太阳能电池、生物标记等多个领域,目前应用最广泛的还是在显示领域,彭教授一句话概括说“量子点有可能是人类有史以来发现的最优秀的发光材料”。

       量子点是溶液半导体纳米晶体,直径只有1-100nm,相当于头发丝宽度的万分之一。它能够通过改变量子点的尺寸而发射出蓝色、绿色、红色、黄色等等的光,需要哪个波长就能够做到哪个波长,这样光学特性的物质是第一次出现在人类历史上,此外量子点发光还具备色纯度高的特性,这点我们从以往对量子点电视的接触中就不难看出,因为很久以前就有量子点电视可以达到110%NTSC色域了,而OLED想要破百都难,量子点高纯度的RGB背光为提升色彩显示范围提供了技术优势。
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      BT2020到来后
      色域破百与液晶和OLED彻底无缘了

   在如今,这套使用了数十年的电视标准(NTSC)已经不能够满足显示技术发展需要了,所以引领全球拍摄技术的好莱坞想要力推全新的BT2020标准,它的色彩空间可以覆盖到人类肉眼所能够感知的所有颜色。完整BT2020标准的色域覆盖面积相当于140%的NTSC,量子点的极限也就仅仅可以达到100%BT2020,LED液晶和OLED技术想要达到这样广域的色彩范围则是无法想象的。

马蹄形色域空间图最外圈蓝色虚线为BT2020标准显示空间

实线为量子点光谱,虚线为OLED
   液晶电视想要突破色域空间限制,可以将背光中出除RGB以外的其他颜色光线全部过滤掉,这样做虽然思路有效,然而能耗上并不实际,现有液晶电视的背光在经过液晶、滤光片、偏光片后就已经损失太多光效了,100瓦背光透过液晶面板出现在视野的光或许只有区区几瓦,如果对背光的过滤更加严苛,功率肯定还要大幅提升才行。

   而OLED阵营呢,你需要知道的是目前的OLED电视大多以白色OLED“背光”加彩色滤光片做显示的,成像原理有点类似液晶电视,只不过OLED自发光的特性无需背光模块的介入,这也就是当前OLED(WOLED)电视色域不高的原因。真正的OLED 应该是RGBOLED,就是每一个像素对应着可以独立发光的三色OLED子像素,然而这种做法的生产良品率远远低于WOLED,所以至今也没有在大尺寸面板上普及。

       与现在的液晶显示技术相比,OLED的优势在于黑场、柔性,因为可以独立控制像素发光,纯碎黑色是"灯箱"般液晶电视所永远无法达到的,柔性就更不用说,前凸后翘的曲线早就让OLED玩脱了,谁也没见过这么新鲜的电视机。
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      第二代电致发光量子点
      高色域的“OLED”技术
  在彭教授看来,OLED的这种优势只是短暂领先,因为在第二代量子点技术到来后,它可以达到与OLED一样的像素级自发光,而且还是高亮高纯度的三原色自发光。
   当前我们看到的量子点技术被彭教授归纳是第一代量子点,它使用光来“催化”发光,原理大致是通过蓝色LED背光激发液晶面板上的量子点膜片带来绿色和红色,这样便能够产生完整的三原色,或者是用量子点的背光源替代LED。虽然这些技术已经令色域达到有效提升和超越了,但这也不是量子点的终极表现。

第二代量子点技术通过电子来发光(左侧)
   第二代量子点技术将用电取代光,一个电子和一个空穴同(对应着阴极阳极,像素结构与OLED一样)时到达一个量子点便能够发光,这为量子点带来的也是如同OLED一样的像素自发光能力,因为每一个量子点“模块”都能够被电子控制发光了,过去则是背光的激发产生“整体”的光源再通过液晶偏转过滤或显示。

   如果量子点真的做到的电致发光,它将与OLED具备一样的“自发光”特性,黑场自然就可以媲美OLED了。然而在色彩表达上,因为量子点色谱窄的特点,它的三原色纯度远远优于OLED,所以量子点将在电致发光的时代超越OLED电视。

电致发光的量子点模块
   在讲坛现场我们已经见到了电致发光的量子点模块,也就是说这种发光原理已经可以实现,而现阶段将要解决的是如何将他们缩小并均匀固定在“面板”上,注意,我没有说液晶面板,电致发光量子点技术实现后,液晶的每一个像素都将变成像素级背光,通过三原色混合就能实现图像显示了,无需液晶控制已经背光滤色。

   将量子点模块缩小是最难实现的技术壁垒,OLED也面临着类似的困境,目前OLED采用的技术路线是真空蒸镀,需要在真空环境下将有机材料加热蒸发并镀在ITO玻璃上成膜,除了这个有机层,用于它发光的电级以及蒸镀保护层也要被真空蒸镀在玻璃面板上,以上只是它复杂工序中的极少一部分。
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     未来 电视有可能是被打印出来的

   第二代量子点技术想要实现的加工方式是打印,因为现有量子点技术就是通过溶液加工的纳米晶体,它可以被制成“量子点墨水”通过类似喷墨打印的技术被打印在塑料膜中,如果技术可以实现,在加工能效以及良品率等等层面都将超越OLED的真空蒸镀,想想被打印出来的A4纸,量子点电视的柔性也就顺理成章了,而且似乎可以通过覆膜打印在任何平滑物体上。

量子点打印的小丑鱼 注意20um的比例尺
   而且量子点打印技术已经距离我们不算遥远,搜索资料发现有瑞士研究人员用量子点打印技术打印出了喷墨图像,这是一个长0.115毫米、宽0.08毫米的热带小丑鱼的彩色图像,大小只有小丑鱼的1/3000,每英寸拥有25000个像素点,RGB单个量子点之间相距500纳米,这么来看以后4K、8K分辨率都会瞬间落伍了。当然,量子点打印技术用作电视还需要打印出用于量子点发光的电极以及将电子点打印和封装在膜片或面板上等等问题,对此彭教授预测可以在3年后从研发进入产业化阶段,5年应该是量子点打印技术产品化的时间。

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