揭秘量子點(diǎn)電視背后的真相

　　20世紀(jì)80年代，研究人員偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)微小粒子（或者說(shuō)是納米晶體）具有獨(dú)特的電學(xué)特性。這種神秘的納米晶體也是半導(dǎo)體的一種，研究人員將其命名為量子點(diǎn)。量子點(diǎn)這個(gè)概念在2013年前一直默默無(wú)聞，而索尼發(fā)布的一款使用了這種無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體的液晶電視將這個(gè)概念徹底引爆。拋開(kāi)這些專業(yè)名詞，其實(shí)這種物質(zhì)的作用就是提高電視的色彩飽和度，以極小的投入換來(lái)更好的畫質(zhì)。

　　什么是量子點(diǎn)？

　　量子點(diǎn)通過(guò)一定的化學(xué)工藝制造而來(lái)，其大小只有10到2納米。這些量子點(diǎn)可以融入晶體管或薄膜中以便捆綁銷售。它們是可調(diào)的，可將短波光源轉(zhuǎn)化為各種顏色的光。

　　量子點(diǎn)顯示器的出現(xiàn)時(shí)一個(gè)重磅炸彈，其他廠商也不得不抓緊時(shí)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(diǎn)電視。另外，量子點(diǎn)技術(shù)也開(kāi)始了向新市場(chǎng)拓展——未來(lái)固態(tài)照明和太陽(yáng)能等領(lǐng)域都會(huì)出現(xiàn)它的身影。

　　可以想象，量子點(diǎn)會(huì)很快成為電子材料領(lǐng)域新的增長(zhǎng)點(diǎn)。Touch Display Research公司的最新數(shù)據(jù)顯示，大約有六十家單位都在進(jìn)行量子點(diǎn)的研究，包括企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)等。

　　Touch Display Research公司的最新數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)2013年，量子點(diǎn)組件的市場(chǎng)規(guī)模就達(dá)到了7500萬(wàn)美元。該公司預(yù)測(cè)2016年量子點(diǎn)顯示器和燈光組件的市場(chǎng)總規(guī)?？赡軙?huì)超過(guò)20億美元，2025年這一數(shù)字甚至?xí)仙?06億美元。

　　“量子點(diǎn)的屠殺才剛剛開(kāi)始，未來(lái)的原料市場(chǎng)是屬于我們的。”Nanoco公司CEO Michael Edelman說(shuō)道，該公司量子點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)巨頭之一。

　　“只要量子點(diǎn)材料的產(chǎn)能能盡快走向正軌，它就能很快在LCD產(chǎn)業(yè)中占有一席之地，全面覆蓋從110英寸到手機(jī)大小的顯示器的市場(chǎng)。”Edelman說(shuō)道。“另外，我們已經(jīng)開(kāi)始試著在燈飾行業(yè)銷售配備了量子點(diǎn)材料的產(chǎn)品，該材料可以大幅提高LED的亮度。對(duì)我們來(lái)說(shuō)這只是小試牛刀，未來(lái)量子點(diǎn)材料一定會(huì)席卷整個(gè)行業(yè)。”

　　不過(guò)要想上升到如此高度，該技術(shù)還面臨許多挑戰(zhàn)，首先需要提及的就是高端LCD電視。現(xiàn)下這類電視大多數(shù)使用的都是基于鎘的量子點(diǎn)材料，屬于II-VI族化合物，但鎘會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。不過(guò)若沒(méi)有了這一元素，量子點(diǎn)的效能又會(huì)大打折扣。

　　另外，在成本和制造工藝上，量子點(diǎn)技術(shù)也面臨著重大挑戰(zhàn)。Applied Materials公司顯示器業(yè)務(wù)部門市場(chǎng)主管Max McDaniel說(shuō)：“這種材料成本實(shí)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(diǎn)點(diǎn)的空氣或水汽都會(huì)徹底毀掉量子點(diǎn)。”

　　LG的量子點(diǎn)電視

　　量子點(diǎn)電視的未來(lái)

　　業(yè)界普遍認(rèn)為，羽翼未豐的量子點(diǎn)產(chǎn)業(yè)不會(huì)走的那么一帆風(fēng)順，想要跟上供應(yīng)商、商業(yè)聯(lián)盟和技術(shù)進(jìn)步的步伐可沒(méi)那么容易。

　　現(xiàn)下的量子點(diǎn)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)三足鼎立的局面，Nanoco、Nanosys和QD Vision三家公司幾乎將市場(chǎng)瓜分殆盡。

　　中國(guó)的電視制造商成了最早的量子點(diǎn)技術(shù)追逐者，但他們并沒(méi)有掀起什么波瀾，不過(guò)當(dāng)業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者之一的三星加入戰(zhàn)團(tuán)，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(chǎn)品線。

　　為了全面提高畫質(zhì)表現(xiàn)，三星在自家的SUHD LCD電視中融合了兩種超強(qiáng)技術(shù)，也就是4K和量子點(diǎn)。4K（UHD超高清）技術(shù)我們已經(jīng)挺熟悉的了，其分辨率是現(xiàn)有全高清電視的4倍，清晰度也會(huì)有相應(yīng)的提升。另外，SUHD產(chǎn)品線的量子點(diǎn)材料還完全不含鎘，做到了真正環(huán)保，該技術(shù)來(lái)自量子點(diǎn)三巨頭之一的 Nanosys。“這系列電視絕對(duì)是現(xiàn)下旗艦產(chǎn)品的畫質(zhì)標(biāo)桿。”三星電子美國(guó)分部的高級(jí)副總裁Dave Das說(shuō)道。

　　三星SUHD電視的出現(xiàn)還有其他重要意義。這些年來(lái)，一眾電視廠商都在圍繞OLED電視做文章，投入了大量的研發(fā)資金，但至今無(wú)法在大尺寸OLED上有所作為，量子點(diǎn)技術(shù)的引入讓大屏電視市場(chǎng)重獲生機(jī)。OLED電視的制造工藝異常復(fù)雜，且需要重新建廠，但量子點(diǎn)電視就不同，現(xiàn)有的LCD生產(chǎn)線照樣能派上用場(chǎng)。

　　因此許多OEM廠商都開(kāi)始轉(zhuǎn)投量子點(diǎn)電視，這樣一來(lái)量子點(diǎn)技術(shù)就在LCD電視市場(chǎng)重獲新生了。Nanoco公司的Edelman說(shuō)：“該技術(shù)讓OEM廠商有能力生產(chǎn)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(xiàn)，但現(xiàn)在量子點(diǎn)技術(shù)用極少的成本就做到了。”

　　不過(guò)在技術(shù)方面，OEM廠商也需要取舍，因?yàn)槊考伊孔狱c(diǎn)廠商提供的技術(shù)都有所不同。

　　舉例來(lái)說(shuō)，量子點(diǎn)一般都是球形的，但同時(shí)它們也有棒狀形狀和有延伸四足的形態(tài)。“形狀的不同造就了不同量子點(diǎn)的獨(dú)特光學(xué)和電子特性，所以其應(yīng)用范圍也不同。”NanoPhotonica公司的材料開(kāi)發(fā)主任Jesse Manders說(shuō)道。

　　不過(guò)量子點(diǎn)的生產(chǎn)還是相當(dāng)有難度的，保證其良品率就是其中的挑戰(zhàn)之一。而保證畫質(zhì)的情況下還要滿足制造設(shè)備的要求，這又是另外一大挑戰(zhàn)。

　　現(xiàn)存的量子點(diǎn)技術(shù)主要有兩種 光致發(fā)光（PL）和電致發(fā)光（EL）。不過(guò)現(xiàn)在商用的都是PL技術(shù)的量子點(diǎn)，EL量子點(diǎn)還依然在研發(fā)中。

　　“在PL技術(shù)中，你需要用光來(lái)刺激量子點(diǎn)，之后它就會(huì)吸收光源并發(fā)出不同顏色的光。這一過(guò)程的學(xué)名叫做降頻轉(zhuǎn)換。”QD Vision公司John Ho說(shuō)，“EL技術(shù)則使用電流來(lái)刺激量子點(diǎn)。”

　　基于PL技術(shù)的量子點(diǎn)有兩種形式的出貨產(chǎn)品——管狀的或薄膜狀的。QD Vision公司主要銷售管狀產(chǎn)品，而其它多數(shù)廠商則主銷薄膜產(chǎn)品。

　　“我們可不只是原料生產(chǎn)商。因?yàn)橹毁u原料的話下游廠家不一定能用好。”Ho說(shuō)道。“所以我們生產(chǎn)玻璃管，該產(chǎn)品直接封裝了我們的量子點(diǎn)技術(shù)。”

　　不過(guò)無(wú)論是管還是薄膜，量子點(diǎn)技術(shù)都拯救了現(xiàn)有的LCD電視。普通的LCD電視要通過(guò)LED背光模組來(lái)點(diǎn)亮顯示層，而顯示層極其復(fù)雜，包括玻璃、偏振器、薄膜晶體管、液晶和顏色過(guò)濾器等一系列復(fù)雜組件。

　　而最大的問(wèn)題就是LED背光組。“一般的LED背光都是加入了磷化鎵的藍(lán)光版本，但磷的危險(xiǎn)性很大。”Ho說(shuō)道。“我們看到的是穿過(guò)了玻璃面板的白光，不過(guò)這些白光不純凈。而RGB過(guò)濾器則會(huì)截下一部分光并轉(zhuǎn)換為我們熟知的三原色，但實(shí)際上多數(shù)的過(guò)濾器都給不了我們好畫質(zhì)，因?yàn)樗偸窃斐杉t綠藍(lán)顏色光的串?dāng)_和外泄。”

　　普通LCD和量子點(diǎn)LCD顯示器結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖

　　而量子點(diǎn)就不再是電視的一個(gè)組件了，而是完全融合了進(jìn)去，這就很好的解決了現(xiàn)有問(wèn)題。“我們采用了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(diǎn)管。”Ho說(shuō)道。“而來(lái)自LED的藍(lán)光釋放之后，會(huì)在進(jìn)入導(dǎo)光板之前刺激這些量子點(diǎn)——其中的紅綠量子點(diǎn)會(huì)充分吸收這些光線并轉(zhuǎn)化出所需色彩，其轉(zhuǎn)化率甚至能接近百分之百。”

　　QD Vision公司的新技術(shù)還在不斷研發(fā)中，而薄膜產(chǎn)品也正在掀起浪潮。在這種技術(shù)中，量子點(diǎn)會(huì)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說(shuō)：“對(duì)制造商來(lái)說(shuō)，這是極好的替代方案。”

　　Nanoco就是薄膜技術(shù)的代表廠商之一。為了盡可能降低成本讓其打進(jìn)主流市場(chǎng)，該公司去年與美國(guó)陶氏化學(xué)公司簽訂了一項(xiàng)協(xié)議，而后者在韓國(guó)擁有世界最大的量子點(diǎn)生產(chǎn)廠。

　　此外，Nanoco、LG和三星等廠商也在共同努力主推環(huán)保的無(wú)鎘量子點(diǎn)技術(shù)，而歐盟明令禁止鎘出現(xiàn)在電子設(shè)備中。

　　魚與熊掌不可得兼，無(wú)鎘量子點(diǎn)雖然環(huán)保，但效能卻有所降低。針對(duì)這一問(wèn)題，Nanoco也開(kāi)發(fā)出了專有的分子播種技術(shù)。這一技術(shù)的加入讓無(wú)鎘量子點(diǎn)與傳統(tǒng)量子點(diǎn)技術(shù)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(yè)界還有一些別的技術(shù)。“除了成本方面的因素，發(fā)熱問(wèn)題也很難解決。”Quantum Materials公司市場(chǎng)總監(jiān)Art Lamstein表示，該公司是一家四足型量子點(diǎn)供應(yīng)商。

　　發(fā)熱和水汽會(huì)降低量子點(diǎn)的效能表現(xiàn)。不過(guò)最近Quantum Materials公司就拿出了最新的耐熱無(wú)鎘量子點(diǎn)，最高工作溫度可達(dá)260攝氏度。

　　而在成本控制方面，Quantum Materials公司利用微反應(yīng)設(shè)備打造了全自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程。相反，一些制造商卻采用手工批處理方式，但這樣產(chǎn)量就得不到保證了。“業(yè)界多數(shù)廠商都沒(méi)有能力生產(chǎn)完整可用的量子點(diǎn)，就是因?yàn)樗麄儾捎檬止づ幚淼纳a(chǎn)方式。”Lamstein信心滿滿的說(shuō)道。“我們的自動(dòng)化處理可以使量子點(diǎn)良率達(dá)到95%，特別是四足型量子點(diǎn)，我們絕對(duì)是業(yè)界翹楚。”

　　via semiengineering