電視的未來？揭祕量子點背後的真相 精選

20世紀80年代，研究人員偶然發現一個微小粒子（或者説是納米晶體）具有獨特的電學特性。這種神祕的納米晶體也是半導體的一種，研究人員將其命名為量子點。
量子點這個概念在2013年前一直默默無聞，而Sony發佈的一款使用了這種無機半導體納米晶體的液晶電視將這個概念徹底引爆。拋開這些專業名詞，其實這種物質的作用就是提高電視的色彩飽和度，以極小的投入換來更好的畫質。

什麼是量子點？

量子點通過一定的化學工藝製造而來，其大小隻有10到2納米。這些量子點可以融入晶體管或薄膜中以便捆綁銷售。它們是可調的，可將短波光源轉化為各種顏色的光。

量子點顯示器的出現時一個重磅炸彈，其他廠商也不得不抓緊時間趕上這波潮流的末班車。LG、三星和其他OEM廠商就一股腦的推出了自家的量子點電視。另外，量子點技術也開始了向新市場拓展——未來固態照明和太陽能等領域都會出現它的身影。
可以想象，量子點會很快成為電子材料領域新的增長點。Touch Display Research公司的最新數據顯示，大約有六十家單位都在進行量子點的研究，包括企業、研究機構和大學等。

Touch Display Research公司的最新數據顯示，整個2013年，量子點組件的市場規模就達到了7500萬美元。該公司預測2016年量子點顯示器和燈光組件的市場總規模可能會超過20億美元，2025年這一數字甚至會上升到106億美元。

“量子點的屠殺才剛剛開始，未來的原料市場是屬於我們的。”Nanoco公司CEO Michael Edelman説道，該公司量子點技術領域的主要技術巨頭之一。

“只要量子點材料的產能能儘快走向正軌，它就能很快在LCD產業中佔有一席之地，全面覆蓋從110英寸到手機大小的顯示器的市場。”Edelman説道。“另外，我們已經開始試着在燈飾行業銷售配備了量子點材料的產品，該材料可以大幅提高LED的亮度。對我們來説這只是小試牛刀，未來量子點材料一定會席捲整個行業。”
不過要想上升到如此高度，該技術還面臨許多挑戰，首先需要提及的就是高端LCD電視。現下這類電視大多數使用的都是基於鎘的量子點材料，屬於II-VI族化合物，但鎘會對環境造成污染。不過若沒有了這一元素，量子點的效能又會大打折扣。

另外，在成本和製造工藝上，量子點技術也面臨着重大挑戰。Applied Materials公司顯示器業務部門市場主管Max McDaniel説：“這種材料成本實在太高了，再加上它是敏感材料，表面積巨大，所以極易被氧化。哪怕一點點的空氣或水汽都會徹底毀掉量子點。”


LG的量子點電視

量子點電視的未來

業界普遍認為，羽翼未豐的量子點產業不會走的那麼一帆風順，想要跟上供應商、商業聯盟和技術進步的步伐可沒那麼容易。

現下的量子點產業呈現三足鼎立的局面，Nanoco、Nanosys和QD Vision三家公司幾乎將市場瓜分殆盡。

中國的電視製造商成了最早的量子點技術追逐者，但他們並沒有掀起什麼波瀾，不過當業界領導者之一的三星加入戰團，這種情況就徹底改變了。今年三星就推出了隸屬高端LCD電視的SUHD產品線。


為了全面提高畫質表現，三星在自家的SUHD LCD電視中融合了兩種超強技術，也就是4K和量子點。4K（UHD超高清）技術我們已經挺熟悉的了，其分辨率是現有全高清電視的4倍，清晰度也會有相應的提升。另外，SUHD產品線的量子點材料還完全不含鎘，做到了真正環保，該技術來自量子點三巨頭之一的Nanosys。“這系列電視絕對是現下旗艦產品的畫質標杆。”三星電子美國分部的高級副總裁Dave Das説道。

三星SUHD電視的出現還有其他重要意義。這些年來，一眾電視廠商都在圍繞OLED電視做文章，投入了大量的研發資金，但至今無法在大尺寸OLED上有所作為，量子點技術的引入讓大屏電視市場重獲生機。OLED電視的製造工藝異常複雜，且需要重新建廠，但量子點電視就不同，現有的LCD生產線照樣能派上用場。
因此許多OEM廠商都開始轉投量子點電視，這樣一來量子點技術就在LCD電視市場重獲新生了。Nanoco公司的Edelman説：“該技術讓OEM廠商有能力生產高端4K電視，而之前在OLED方面的巨大投資就是為了提高色彩表現，但現在量子點技術用極少的成本就做到了。”

不過在技術方面，OEM廠商也需要取捨，因為每家量子點廠商提供的技術都有所不同。

舉例來説，量子點一般都是球形的，但同時它們也有棒狀形狀和有延伸四足的形態。“形狀的不同造就了不同量子點的獨特光學和電子特性，所以其應用範圍也不同。”NanoPhotonica公司的材料開發主任Jesse Manders説道。

不過量子點的生產還是相當有難度的，保證其良品率就是其中的挑戰之一。而保證畫質的情況下還要滿足製造設備的要求，這又是另外一大挑戰。
現存的量子點技術主要有兩種──光致發光（PL）和電致發光（EL）。不過現在商用的都是PL技術的量子點，EL量子點還依然在研發中。

“在PL技術中，你需要用光來刺激量子點，之後它就會吸收光源併發出不同顏色的光。這一過程的學名叫做降頻轉換。”QD Vision公司John Ho説，“EL技術則使用電流來刺激量子點。”

基於PL技術的量子點有兩種形式的出貨產品——管狀的或薄膜狀的。QD Vision公司主要銷售管狀產品，而其它多數廠商則主銷薄膜產品。

“我們可不只是原料生產商。因為只賣原料的話下游廠家不一定能用好。”Ho説道。“所以我們生產玻璃管，該產品直接封裝了我們的量子點技術。”
不過無論是管還是薄膜，量子點技術都拯救了現有的LCD電視。普通的LCD電視要通過LED背光模組來點亮顯示層，而顯示層極其複雜，包括玻璃、偏振器、薄膜晶體管、液晶和顏色過濾器等一系列複雜組件。

而最大的問題就是LED背光組。“一般的LED背光都是加入了磷化鎵的藍光版本，但磷的危險性很大。”Ho説道。“我們看到的是穿過了玻璃面板的白光，不過這些白光不純淨。而RGB過濾器則會截下一部分光並轉換為我們熟知的三原色，但實際上多數的過濾器都給不了我們好畫質，因為它總是造成紅綠藍顏色光的串擾和外泄。”


普通LCD和量子點LCD顯示器結構對比示意圖

而量子點就不再是電視的一個組件了，而是完全融合了進去，這就很好的解決了現有問題。“我們採用了GaN LED，所以就不再需要黃磷了，取而代之的是紅色和綠色的量子點管。”Ho説道。“而來自LED的藍光釋放之後，會在進入導光板之前刺激這些量子點——其中的紅綠量子點會充分吸收這些光線並轉化出所需色彩，其轉化率甚至能接近百分之百。”

QD Vision公司的新技術還在不斷研發中，而薄膜產品也正在掀起浪潮。在這種技術中，量子點會分散在一張薄片上，這張薄片就整合在電視的顯示層中。Nanoco公司Steve Reinhard説：“對製造商來説，這是極好的替代方案。”

Nanoco就是薄膜技術的代表廠商之一。為了儘可能降低成本讓其打進主流市場，該公司去年與美國陶氏化學公司簽訂了一項協議，而後者在韓國擁有世界最大的量子點生產廠。
此外，Nanoco、LG和三星等廠商也在共同努力主推環保的無鎘量子點技術，而歐盟明令禁止鎘出現在電子設備中。

魚與熊掌不可得兼，無鎘量子點雖然環保，但效能卻有所降低。針對這一問題，Nanoco也開發出了專有的分子播種技術。這一技術的加入讓無鎘量子點與傳統量子點技術在效能上的差距縮小了不少。

其它方法

除了以上這兩種主流方法，業界還有一些別的技術。“除了成本方面的因素，發熱問題也很難解決。”Quantum Materials公司市場總監Art Lamstein表示，該公司是一家四足型量子點供應商。

發熱和水汽會降低量子點的效能表現。不過最近Quantum Materials公司就拿出了最新的耐熱無鎘量子點，最高工作温度可達260攝氏度。
而在成本控制方面，Quantum Materials公司利用微反應設備打造了全自動化的生產過程。相反，一些製造商卻採用手工批處理方式，但這樣產量就得不到保證了。“業界多數廠商都沒有能力生產完整可用的量子點，就是因為他們採用手工批處理的生產方式。”Lamstein信心滿滿的説道。“我們的自動化處理可以使量子點良率達到95%，特別是四足型量子點，我們絕對是業界翹楚。”

via semiengineering


資料來源：雷鋒網
作者/編輯：老呂IO