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量子点面板技术的趋势与发展

文章来源:Digitimes  2016-08-04

标签:量子点苹果OLEDQLED

液晶面板技术发展前景有限,为了不让AMOLED面板技术不断超前,越来越多业者选择在高阶产品导入量子点技术方案,透过量子点技术进而扩增液晶面板的特性表现,甚至Apple公司已针对量子点技术领域取得多项专利,更让量子点面板技术方案未来发展备受市场期待。

检视液晶萤幕的技术架构,背光设计一直是LCD的关键设计,优秀的背光与背光源频谱效果大体上就左右一片液晶屏幕的成像品质水准!

而目前常见具成本优势的液晶萤幕大多采用高亮度蓝光LED、搭配封装材料添加萤光粉的方式获得接近白光的背光效果,实际上这种作法虽具备低成本效益,但也因为缺乏真实红光/绿光混合光源让面板的显色能力因此受限。

至于新颖的量子点(Quantum Dot)面板科技,目前最大的效益在于以蓝光背光为基础精准转换取得红光/绿光背光需求,进而扩展LCD面板的显色能力。


透过材料科技改善奈米技术让光学材料特性更突出

以量子点面板技术观察,一般来说把长、宽、高限制在100nm以下的材料都可以达到量子点或是奈米粒子,而多数产业会热衷于开发奈米材料的关键在于,因为如在一维条件下的100nm以下可以称之为量子井(或称奈米薄膜)、二维条件在100nm以下可以称为奈米线,因为其材料单位尺寸极小,因此材料的表面积相对也较原始材料设计比例较显得更大许多,因为面积相对较大、特性作用速度或表现更显著,材料本身的特性也可因此获得大幅优化。

基本上,若将材料制作成量子点尺寸,因为电子容易受到影响进而改变能阶,而在电子发声与电洞结合过程附带产生的光能量强度,被实验证实会与量子点的尺寸大型呈现正比影响其表现特性,也就是说若要控制量子点的光能量强度,只要产制特定量子点大小的材料就能控制对应物理效应发出的光量波长。

简而言之,当量子点直径越大材料激发的光波长就接近偏红;而当量子点直径越小、材料激发的光波长越小、材料可取得偏蓝的光,我们可以这么说,透过材料控制不同直径的量子点材料设计,在理想状态下,甚至可以在材料上制造接近自然光的连续光谱效果。

量子点技术优点多但量产仍有技术、成本瓶颈待突破。

虽说量子点技术若能掌握,应可制造出具自然光效果的背光模组,但实际上制造达到量子点的半导体材料其实相当困难,目前多半采用硒化镉(CdSe)、氧化锌(ZnO)搭配蓝光LED照射于量子点材料上进而产生红/绿光效果,相关制程优化与成本优化仍需更多开发资源投入。

而整合量子点材料技术的LCD面板设计方案,目前已有多种技术方案,常见的为以量子点技术来取代蓝光LED光学封装材料中的黄色萤光粉,使用On-Chip制程将量子点材料与蓝光LED封装在一起,另一种是将材料配置于光学管材中,以背光源衔接光学管材让背光与量子点材料作用后取得的光源,作用于面板背光设计上,第三种即将背光的光学材料扩散膜改用量子点技术制作。

现有发展量子点技术方案的业者,有Nanoco、Nanosys、QD Vision等,其中Nanosys已与国际材料大厂3M合作,开发On-Surface方案的背光扩散膜光学材料概念产品,此为QDEF(Quantum Dot Enhancement Film)技术方案,实际的产品材料由于量子点材料容易受环境影响导致QDEF材料寿命缩短。

因此在3M技术方案中利用自家光学材料包覆保护QDEF的量子点材料,借此延长QDEF模组的使用寿命,而Apple所评估的量子点面板技术,据闻也是以QDEF方案为主。

另外平面电视大厂Sony则倾向在背光与面板之间置入量子点光学材料,以On-Edge方式整合优化背光品质,相关导入量子点技术方案的显示器也使用Triluminos系列型号抢攻市场。

量子点材料科技趋于实用化成为液晶面板产品差异化关键量子点液晶屏幕技术,除了是相关面板业者与韩系AMOLED技术对抗的关键技术外,在液晶面板或电视影音设备市场,液晶显示器已是高度成熟、标准化的零组件,相关厂商很难找到产品差异化的设计方案。

而近期备受热议的量子点技术,是可在面板技术趋于同质化的现况下,透过背光方案优化下、凸显产品差异化的关键重点。

目前已有多家业者在消费性电子产品导入量子点的广色域显示面板技术,例如2013年推出的Kindle Fire的HDX电子书产品所使用的小屏幕面板、与Sony Triluminos系列液晶电视,均为前祈导入量子点广色域技术的LCD液晶面板产品。

即便目前量子点技术,可以透过换用扩散膜或是变更背光设计导入现有的消费性产品液晶面板应用中,但实际上要使量子点广色域技术大量被新产品采用,其实还有相当多技术瓶颈需要克服。

首先,早期量子点广色域技术在关键元件上仍有含镉问题存在,因为镉会造成产品废弃或回收衍生之环境污染问题,面对全球环保意识抬头,也会导致量子点萤幕技术导入受到质疑。

另外,是目前量子点广色域技术的关键材料取得成本仍高,相关技术的专利掌握在仅数家业者手上,专利授权或使用专利材料都会导致相关制品的成本过于高昂,使产品的终端售价竞争力降低。

韩系业者积极投入材料研发Apple抢着注册相关专利由于量子点广色域显示技术关键的扩散膜方案,可望在未来显示技术上成为关键组件,也吸引多家关键材料业者积极开发相关材料,例如韩国的Samsung、LG、Sangbo、LMS、Hanwha、SKC-Haas等公司积极开发对应材料。

只要投入量子点广色域技术所需的关键材料业者增加,透过市场竞争或许可让具备量子点技术的扩散膜或是相关组件成本更低,届时也能为量子点广色域技术屏幕的终端售价更为合宜。

除韩系显示器或材料科技业者积极投入量子点广色域技术研发外,消费性电子产品大厂Apple也积极投入量子点相关显示技术,尤其是与Apple相关消费性电子产品、笔电、桌上型电脑整合的可能性。

Apple青睐量子点技术的关键在于,相较于传统的萤光材料,量子点技术方案具萤光亮度强、发光稳定性佳,与运用单一波长之紫外线光源就能激发多种波长光波的材料特性,因为其光波可重复被激发、萤光时效持久可让显示器应用的背光品质大幅提升,让极为讲究显示品质的Apple相关产品有了极大的导入效益。

例如Apple近期申请获得的量子点应用相关专利中,就已将量子点技术作为强化显示器呈现效果的重点技术关键,该专利为运用侧光式设计之蓝光LED做为背光源,再搭配导光板( Light Guide Panel;LGP)与量子点强化膜(Quantum Dot Enhancement Film;QDEF)组合,而在QDEF量子点强化膜中设置红光/绿光量子点萤光粉,同时配置液晶萤幕既有的彩色滤光片、增亮膜(Double Brightness Enhanced Film;DBEF)等。

另Apple还针对量子点广色域技术可用的背光光源混合、背光亮度控制、量子点显示器之微机电控制开关设计······等技术申请获得对应专利,从近期Apple取得的量子点相关专利理解其专利布局,显示Apple正积极研究量子点技术导入3C产品的整合可能性,也让相关面板、显示器厂商不得不重视这波量子点广色域技术的产品热潮。

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