揭秘量子點電視背后的真相

　　20世紀80年代，研究人員偶然發(fā)現(xiàn)一個微小粒子（或者說是納米晶體）具有獨特的電學特性。這種神秘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，而索尼發(fā)布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(yè)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。

　　什么是量子點？

　　量子點通過一定的化學工藝制造而來，其大小只有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(xiàn)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(tài)照明和太陽能等領域都會出現(xiàn)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(yè)、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(guī)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(guī)?？赡軙^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于我們的。”Nanoco公司CEO Michael Edelman說道，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盡快走向正軌，它就能很快在LCD產業(yè)中占有一席之地，全面覆蓋從110英寸到手機大小的顯示器的市場。”Edelman說道。“另外，我們已經開始試著在燈飾行業(yè)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。對我們來說這只是小試牛刀，未來量子點材料一定會席卷整個行業(yè)。”

　　不過要想上升到如此高度，該技術還面臨許多挑戰(zhàn)，首先需要提及的就是高端LCD電視?，F(xiàn)下這類電視大多數使用的都是基于鎘的量子點材料，屬于II-VI族化合物，但鎘會對環(huán)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，在成本和制造工藝上，量子點技術也面臨著重大挑戰(zhàn)。Applied Materials公司顯示器業(yè)務部門市場主管Max McDaniel說：“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(yè)界普遍認為，羽翼未豐的量子點產業(yè)不會走的那么一帆風順，想要跟上供應商、商業(yè)聯(lián)盟和技術進步的步伐可沒那么容易。

　　現(xiàn)下的量子點產業(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瓜分殆盡。

　　中國的電視制造商成了最早的量子點技術追逐者，但他們并沒有掀起什么波瀾，不過當業(yè)界領導者之一的三星加入戰(zhàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(huán)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(xiàn)下旗艦產品的畫質標桿。”三星電子美國分部的高級副總裁Dave Das說道。

　　三星SUHD電視的出現(xiàn)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(fā)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電視的制造工藝異常復雜，且需要重新建廠，但量子點電視就不同，現(xiàn)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說：“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(xiàn)，但現(xiàn)在量子點技術用極少的成本就做到了。”

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

　　舉例來說，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(tài)。“形狀的不同造就了不同量子點的獨特光學和電子特性，所以其應用范圍也不同。”NanoPhotonica公司的材料開發(fā)主任Jesse Manders說道。

　　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(zhàn)之一。而保證畫質的情況下還要滿足制造設備的要求，這又是另外一大挑戰(zhàn)。

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

　　“在PL技術中，你需要用光來刺激量子點，之后它就會吸收光源并發(fā)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說，“EL技術則使用電流來刺激量子點。”

　　基于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說道。“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(xiàn)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，而顯示層極其復雜，包括玻璃、偏振器、薄膜晶體管、液晶和顏色過濾器等一系列復雜組件。

　　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說道。“我們看到的是穿過了玻璃面板的白光，不過這些白光不純凈。而RGB過濾器則會截下一部分光并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(xiàn)有問題。“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管。”Ho說道。“而來自LED的藍光釋放之后，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并轉化出所需色彩，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(fā)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說：“對制造商來說，這是極好的替代方案。”

　　Nanoco就是薄膜技術的代表廠商之一。為了盡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(xié)議，而后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(huán)保的無鎘量子點技術，而歐盟明令禁止鎘出現(xiàn)在電子設備中。

　　魚與熊掌不可得兼，無鎘量子點雖然環(huán)保，但效能卻有所降低。針對這一問題，Nanoco也開發(fā)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(tǒng)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(yè)界還有一些別的技術。“除了成本方面的因素，發(fā)熱問題也很難解決。”Quantum Materials公司市場總監(jiān)Art Lamstein表示，該公司是一家四足型量子點供應商。

　　發(fā)熱和水汽會降低量子點的效能表現(xiàn)。不過最近Quantum Materials公司就拿出了最新的耐熱無鎘量子點，最高工作溫度可達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，一些制造商卻采用手工批處理方式，但這樣產量就得不到保證了。“業(yè)界多數廠商都沒有能力生產完整可用的量子點，就是因為他們采用手工批處理的生產方式。”Lamstein信心滿滿的說道。“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(yè)界翹楚。”

　　via semiengineering