电致发光显示又有新花样儿！可实现单像素全色显示。

Ravanelli TechSugar 今天

文章转自真屏时据，作者：Ravanelli

WE ARE CHANGING THE WORLD WITH TECHNOLOGY

人类一思考，上帝就发笑然后就给了我们各种东西

EDIT: RavanelliPhotos: From website

如今的显示技术的像素组成是以亚像素的形式来形成一个可以覆盖全色谱范围的像素。红色、绿色、蓝色，作为这个世界上无法用其他颜色去混色形成的色彩元素，在显示技术中充当着这一学科的基本色彩要素。

PS：这与印刷和色彩的三原色不同，印刷范畴的三原色是红、黄、蓝，可以由它们组成黑色。而今天我们讨论的三原色是光学三原色，光学三原色则相加表示为白色。这里要强调的原因是因为笔者老婆是学画画的，曾经因为三原色的事情争论起来，我说红绿蓝、她说红黄蓝，最后闹得不可开交。

最终的结果固然是搞显示的一方以买一大堆零食和跪搓衣板为补救措施来哄学画画而收场。事后想想，其实谁也没错，而且一个谷歌就能解决的事情，非得以买零食和跪搓衣板为最终解决方案，让人哭笑不得。

所以搞显示的读者谁的配偶是学画画的，这里要划重点！希望这种前人吃的亏而造成的家庭惨剧不要再发生了！

孩子和孩子他妈的合作——下雨了

言归正传，今天我们讨论的还是光学范畴内的三原色，通常一个显示的像素需要由三个亚像素来组成，所以一个像素的占地面积需要三个亚像素的占地面积去求和。当然，会有一些像素渲染算法的简化设计，如OLED显示屏的Pentile像素渲染，这里就不再过多的展开讨论了。总之，一个像素的位置需要亚像素的位置来组成，这就造成了显示屏分辨率与亚像素分辨率的不对等性。学术界和产业界有很多人试图将显示屏像素的面积与亚像素的面积对等起来。这就涉及到了亚像素的堆叠，即亚像素的排列不再是平面排列，而是堆叠排列。

但这样做的问题是：在以背光为光源的液晶显示器的技术范畴内，这种思路是完全不可行的，因为液晶不发光，也没有颜色，需要靠彩膜才形成颜色。而彩膜的显色原理靠的是过滤其他的光而透过特定的光。如果把液晶盒堆叠起来，两种颜色的彩膜就可以把所有的光全都过滤，最后没有光透过系统。事实上，在面板制造过程中，目前在一些面板的设计中，为了做到彩膜制程的降本任务，正是由两个颜色的彩膜去做黑矩阵用来遮光的。

所以在液晶显示技术范畴，一些研究团队开始研究以染料液晶作为电控制彩膜的方法来实现红绿蓝三种颜色的混色透过。但是制备工艺复杂不说，而且对比度太低。还有的研究团队试图以胆甾型液晶的螺距变化来实现布拉格反射定律的多种反射光线，但这种反射式显示技术在亮度和对比度上也无法比拟传统的液晶显示器。https://doi.org/10.3390/ma2041636

相反，染料液晶和胆甾相液晶在智能调光玻璃的应用上发展的非常好，有逐步取代PDLC模式的智能调光玻璃的趋势。而且，现在市面上几乎超过95%的写字板是由胆甾相液晶技术制造的。胆甾相液晶在FC态和P态之间来回切换，从而实现了绿色的笔记。FC态的胆甾相液晶呈现黑色，当有笔迹划过时，液晶由于外力的作用，重新排列成P态，根据布拉格反射定律反射出绿色。而没有被笔迹划过的地方仍然保持FC态。且FC态与P态都是稳态结构，在聚合物网络的作用下可以保持无电状态下的画面保持。

cholesteric liquid crystal P and FC state

主体-客体堆叠式染料液晶显示器原理图

用主体-客体染料与液晶模式制备的反射式全色显示器

除了液晶显示器技术，也有一些从事电致发光显示技术的人们试图在电致发光领域应用堆叠式的像素结构设计。比如电子纸技术，目前元太已经在开发基于一个胶囊的多色彩色电子纸技术，其原理与印刷技术原理类似，用不同的颜色微粒去混成各种颜色。但是响应时间过长，无法应用在对刷新率要求较高的消费类电子产品中，只能应用在电子书和广告牌等应用中。

元太科技先进彩色电子纸技术

除了液晶显示技术和电子纸显示技术之外，电致发光显示技术也在尝试用堆叠的方式实现像素面积的节省。从技术实现原理来看，叠层像素排列的显示技术只能交给电致发光这一技术范畴来实现了，首先器件可以做得很薄，这样就可以实现各个发光层都是透明的发光状态，但这些难度是可想而知的，拿OLED电致发光显示技术来说，目前，制备传统平行排列的OLED的显示屏的难度就已经够大了，如果再把三个像素堆叠起来，用不同的开关器件去控制每一个颜色去实现8比特或10比特的灰阶，足以让人头大。所以有很多人基于OLED的堆叠器件的研究基础去制备串联式白光OLED发光器件，倒也是个不错的主意。 doi.org/10.3390/molecules24010151

串联式白光OLED器件

最近，南方科技大学研究团队就成功发表了关于电致发光叠层像素设计的技术原型。与传统的OLED串联式器件不同的是，南方科技大学采用了电致发光QD层与电致发光OLED层叠层的像素设计。这篇文章发表在Nature communication上。doi.org/10.1038/s41467-020-16659-x

从上图中我们可以看到，红色和绿色的量子点均匀分布在这一系统的最底层，用电致发光的形式来点亮，上方叠加上蓝色的OLED电致发光层。之所以这样选择叠层方案的原因是，目前蓝色量子点电致发光的材料器件寿命不太好，但是蓝色OLED电致发光的材料已经成功的商业化并得到了广泛的应用，所以这样的叠层设计在信赖性上是比较可靠的。研究团队给出了两种电路连接方式，如果是串联式的连接方式，则可以做白光器件（和上文中阐述的白光串联器件类似），如果采用并联分别驱动再叠层的方式，则可以实现全色的发光。

但是笔者在阅读本文摘要时的困惑是，一个混合红色和绿色量子点的混合膜层是如何实现单色的显示的？在精读后发现，红色和绿色的量子点的发光对驱动电压的大小是有选择性的，这就解开了笔者心中的谜团。虽然这是一个红色绿色的混合膜层，但施加不同大小的电压，就可以分别激发红色和绿色的量子点发光，笔者认为，这也是光致量子点发光和电致量子点发光的巨大区别。

从上图中可以看出，低电压是红色量子点电致发光的喜好条件，而高电压则是绿色量子点电致发光的喜好条件。这样就可以用高低不同的电压去“萃取”一个红绿混合量子点膜层中的色度输出范围。研究团队用这种方法成功实现了从红到绿，从蓝到红，从蓝到橙，从蓝到绿的CIE马蹄形色域空间“跑圈”行为。

值得注意的是，这种驱动的方式是以交流脉冲的形式来获取的，脉冲频率在100Hz的水平。

而这种叠层设计在串联式白光器件的驱动时，也可以在黑体辐射曲线上进行随意的迁移，来实现1500°K to 10,000°K的色温调节。

从上图的g中可以看到，不同的蓝光和黄光的驱动电压可以实现黑体辐射曲线上的白点色温的调节。

虽然研究团队只是进行了单像素点的全色范围内的电压驱动调节，没有制作有源式驱动的开关设计，但这何尝不是一种探寻叠层像素堆叠技术来实现全色显示屏的新的尝试。特别是电致发光量子点器件的发光行为对电压大小的可选择性，也是一个比较新颖的器件设计思路。

本文笔者罗列了一些学术界和产业界试图用堆叠像素设计的方式来实现全色显示技术的方案，有的是基于液晶技术的，有的是基于电子纸技术的。它们虽然没有在传统的显示技术上实现这种目的，但在一些其他的应用如智能窗户和电子手写板或彩色电子纸上找到了自己位置。而电致发光OLED的串联行为在白光OLED的应用中也得到了普及。最后的重担似乎又落在了电致发光量子点器件上，虽然这条路不见得最终能够行得通，但这让我们看到了电致发光量子点器件的潜力。

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电致发光显示又有新花样儿！可实现单像素全色显示。

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