《電子技術(shù)應(yīng)用》
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量子點(diǎn)電致發(fā)光處于研究階段 未來五年市場(chǎng)升溫

2016-10-28

  近兩年,顯示技術(shù)快速升級(jí),并涌現(xiàn)出4K/8K技術(shù)、量子點(diǎn)技術(shù)、印刷顯示技術(shù)以及OLED技術(shù)等一系列新名詞。然而,在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí),也出現(xiàn)了概念不清、技術(shù)路線不明等問題,影響行業(yè)發(fā)展。量子點(diǎn)電致發(fā)光還處于實(shí)驗(yàn)研究階段,下面四位來自企業(yè)和研究所專家解讀了這項(xiàng)技術(shù)的最新發(fā)展。他們分別是北京交通大學(xué)教授徐征,中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)液晶分會(huì)副秘書長(zhǎng)胡春明,京東方集團(tuán)副總裁技術(shù)戰(zhàn)略與全球合作中心負(fù)責(zé)人徐曉光,IHS Markit資深分析師Richard Son,TCL多媒體中國(guó)區(qū)銷售公司市場(chǎng)總監(jiān)陳冰峰。

  徐征:量子點(diǎn)的發(fā)光峰窄、發(fā)光顏色可調(diào)、發(fā)光效率高,比較適合在顯示器件中使用。量子點(diǎn)在顯示技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面:基于量子點(diǎn)光致發(fā)光特性的量子點(diǎn)背光源技術(shù)(Quantum Dots-Backlight Unit, QD-BLU);基于量子點(diǎn)電致發(fā)光特性的量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示技術(shù)(Quantum Dots Light EmitTIng Diode Displays, QLED)。

  利用量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光特性制造的背光源可將現(xiàn)有白光LED作為背光源,顯示器件色域覆蓋率從72%提高到110%,大幅度提升顯示器件的色彩表現(xiàn)力。量子點(diǎn)材料非常昂貴,雖然量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光應(yīng)用已經(jīng)商業(yè)化,但只是定位于高端市場(chǎng)。對(duì)于大面積應(yīng)用還需看量子點(diǎn)材料的降價(jià)幅度和速度。量子點(diǎn)電致發(fā)光的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)研究階段,從實(shí)驗(yàn)階段到生產(chǎn)階段還需要較長(zhǎng)時(shí)間,要解決制備工藝、發(fā)光亮度、壽命、效率等多方面問題。因此量產(chǎn)時(shí)間很難確定。

  胡春明:目前市場(chǎng)上的應(yīng)用都是量子點(diǎn)光致發(fā)光技術(shù),其實(shí)質(zhì)是將量子點(diǎn)材料加入液晶面板的背光源或彩膜中,豐富顯示器的色彩,顯示單元仍然是液晶器件。量子點(diǎn)發(fā)光二極管技術(shù)(QLED)才可以稱為真正意義上的“量子點(diǎn)顯示技術(shù)”,但仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

  量子點(diǎn)材料大幅提升了LCD顯示器件的色域,使得LCD電視在與OLED電視的競(jìng)爭(zhēng)中取得了相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但量子點(diǎn)技術(shù)無(wú)論是光致發(fā)光還是電致發(fā)光,都有待于繼續(xù)完善和研究,如何提升其產(chǎn)能、降低成本、無(wú)鎘化、解決發(fā)熱淬滅、延長(zhǎng)壽命等多方面均需有所突破。相信在各國(guó)科研人員的努力下,QLED商業(yè)化的腳步會(huì)離我們?cè)絹碓浇?/p>

  徐曉光:現(xiàn)在市面上提到的量子點(diǎn)顯示,譬如三星和TCL推出的量子點(diǎn)電視產(chǎn)品,從技術(shù)架構(gòu)上講,都是采用混入量子點(diǎn)材料的背光替代傳統(tǒng)的白光背光。從本質(zhì)上講,所謂的量子點(diǎn)顯示仍然是LCD(液晶)顯示,只是在光學(xué)組材中用到了量子點(diǎn)材料。近年來有關(guān)量子點(diǎn)電致發(fā)光的研究非常活躍,是顯示行業(yè)比較關(guān)注的研究課題。

  作為電致器件,量子點(diǎn)發(fā)光顯示將會(huì)是未來很有競(jìng)爭(zhēng)力的顯示技術(shù)之一。但其現(xiàn)在同樣面臨很多問題,一是目前光電效率較高的量子點(diǎn)材料往往含有金屬Cd(鎘),這是一類對(duì)環(huán)境有毒的重金屬,如何找到特性友好且無(wú)毒的替代材料是在量子點(diǎn)材料領(lǐng)域的重要課題。

  Richard Son:事實(shí)上,關(guān)于QLED 有許多不同的說法,真正的QLED目前仍在研究。QLED真正的理念是改變發(fā)射至 QD(量子點(diǎn))的OLED發(fā)射層。因此,其設(shè)備結(jié)構(gòu)或研究和發(fā)展過程很大程度上與OLED(有機(jī)發(fā)光二極體)初步發(fā)展類似。QLED設(shè)備的驅(qū)動(dòng)原理亦與OLED類似。簡(jiǎn)單地說,真正的QLED應(yīng)該被叫做“QD OLED”,它是自發(fā)射顯示器,然而,當(dāng)前QD LCD電視中的 QD材料為光致發(fā)光(需要外部光源)。

  另一種是應(yīng)用 QD彩色濾光片(也就是彩膜)技術(shù)。這是一種先進(jìn)的QD電視。當(dāng)前的QD電視需要在背光系統(tǒng)中額外增加涂有QD材料的薄膜。但是,應(yīng)用QD的彩膜意味著QD材料位于彩膜上,所以是在面板內(nèi)部,而非外部。這也是導(dǎo)致電視制造模式轉(zhuǎn)換的原因。QD電視主要由電視品牌推動(dòng),因?yàn)槠駷橹雇坑蠶D材料的薄膜由電視品牌處理,而非面板制造商。然而應(yīng)用QD的濾色器意味著這項(xiàng)工作將由面板制造商完成,與電視制造商無(wú)關(guān)。

  因此,面板制造商推動(dòng)并主導(dǎo)應(yīng)用 QD的彩膜技術(shù)。從面板制造商的角度來看,特別是大的面板制造商,最好的武器是擴(kuò)大與其他效仿者的技術(shù)差距。事實(shí)上,應(yīng)用QD的彩膜技術(shù)被認(rèn)為是TFT-LCD陣營(yíng)獲得真正QD OLED的橋梁。

  QLED與OLED生產(chǎn)工藝相似度高

  徐征:量子點(diǎn)電致發(fā)光二極管(QLED)的工作原理與有機(jī)電致發(fā)光器件是相同的復(fù)合發(fā)光機(jī)理。QLED電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)和OLED器件也基本一樣?,F(xiàn)在有機(jī)電致發(fā)光器件中的發(fā)光材料也有磷光材料、熒光材料及延遲熒光材料,也就是用量子點(diǎn)材料替代有機(jī)發(fā)光器件中的上述3類有機(jī)發(fā)光材料。量子點(diǎn)材料與熒光材料和磷光材料一樣是電致發(fā)光材料的篩選內(nèi)容之一,都是為高效的、高亮度的電致發(fā)光器件提供途徑。

  徐曉光:實(shí)際上量子點(diǎn)電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)與OLED器件結(jié)構(gòu)十分相似,生產(chǎn)工藝上相似度也極高。因此,從產(chǎn)業(yè)的角度來說不存在量子點(diǎn)對(duì)OLED的挑戰(zhàn),因?yàn)樵O(shè)備工藝幾乎完全相同,無(wú)需大量的額外投資。從技術(shù)上講,量子點(diǎn)器件較之OLED器件理論上擁有更好的顏色表現(xiàn)、更久的工作壽命等優(yōu)勢(shì)。但就目前的研究水平看,量子點(diǎn)器件尚不能達(dá)到OLED器件的特性表現(xiàn)。一方面,需要量子點(diǎn)材料本身的性能提升;另一方面,器件結(jié)構(gòu)層次也需要進(jìn)一步的優(yōu)化改善。伴隨工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的深入合作,相信未來量子點(diǎn)發(fā)光技術(shù)的進(jìn)展會(huì)十分迅速。

  Richard Son:AMOLED(有機(jī)發(fā)光二極體)顯示器正在崛起,被認(rèn)為是可以取代TFT-LCD的最完美顯示器。因而,TFT-LCD行業(yè)正在尋求一種解決方案,以改善其色域表現(xiàn),與AMOLED競(jìng)爭(zhēng)。與AMOLED相比,QD(量子點(diǎn))不僅擁有更好的色域表現(xiàn),而且更具成本競(jìng)爭(zhēng)力,這是目前QD(量子點(diǎn))在顯示器行業(yè)越來越受歡迎的原因。預(yù)計(jì)2021年QD顯示器市場(chǎng)將由 2016年的730萬(wàn)臺(tái)增加至3100萬(wàn)臺(tái)。

  陳冰峰:量子點(diǎn)確實(shí)會(huì)對(duì)OLED形成強(qiáng)力挑戰(zhàn),三星也發(fā)表了類似的觀點(diǎn),他們甚至認(rèn)為OLED沒有未來,在下一代顯示技術(shù)之爭(zhēng)中一定會(huì)被量子點(diǎn)打敗。首先,受制于有機(jī)材料的問題,OLED存在良品率較低、成本太高、使用壽命較短等缺陷,而量子點(diǎn)是無(wú)機(jī)材料,不存在不穩(wěn)定和壽命短的問題;其次,OLED的顯示工藝還存在開口率的問題,導(dǎo)致分辨率做不高,4K已經(jīng)是OLED技術(shù)的天花板了,無(wú)法應(yīng)對(duì)下一代8K及更高分辨率的要求;最后,我們看到OLED看似有不少品牌在推廣,但實(shí)際上OLED TV面板全球就只有LGD一家供應(yīng),且良品率低、產(chǎn)能小,目前來看市場(chǎng)還無(wú)法形成規(guī)模。

  未來5年量子點(diǎn)顯示技術(shù)將持續(xù)升溫

  徐征:在國(guó)際面板制造企業(yè)的積極推動(dòng)下,未來5年量子點(diǎn)顯示技術(shù)將持續(xù)升溫。根據(jù)行業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)顯示,2015年量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)在智能手機(jī)液晶面板中的滲透率將達(dá)3%,到2020年迅速增至26%;平板電腦滲透率將從2015年的2%增至2020年的15%;液晶電視面板方面,2015年市場(chǎng)滲透率大約只有1%,到2020年或增至9%。

  在2014年,三星宣布暫緩OLED電視計(jì)劃,將重心轉(zhuǎn)向量子點(diǎn)作為背光的TFT-LCD電視并推出了SUHD系列產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)方面,許多企業(yè)也意識(shí)到了量子點(diǎn)背光技術(shù)帶來的巨大機(jī)遇,華星光電、京東方等面板廠商都相繼采用這一技術(shù),TCL、海信等公司已經(jīng)推出了采用量子點(diǎn)背光技術(shù)的液晶電視。

  胡春明:以TCL、長(zhǎng)虹、康佳等顯示產(chǎn)業(yè)鏈下游的國(guó)內(nèi)電視廠商在量子點(diǎn)技術(shù)上進(jìn)行積極布局,從產(chǎn)品應(yīng)用效果上看,與三星量子點(diǎn)電視相比基本處于相同水平。但是從產(chǎn)業(yè)鏈上游看,量子點(diǎn)材料供應(yīng)上被歐美少數(shù)幾家壟斷。

  徐曉光:京東方一直關(guān)注新一代顯示技術(shù)及顛覆性的顯示技術(shù),介于量子點(diǎn)顯示優(yōu)異的顏色表現(xiàn)和廣泛的用途,京東方在此課題上也投入了資源。一方面,京東方積極開發(fā)搭載量子點(diǎn)背光元件的LCD顯示產(chǎn)品;另一方面,在前瞻的主動(dòng)發(fā)光量子點(diǎn)顯示器件方面,京東方積極在提高器件效率、優(yōu)化工藝條件等方面進(jìn)行布局,并承擔(dān)國(guó)家在此方向的重大課題研究,帶領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一同攻關(guān)。

  Richard Son:三星VD(電視部門)明確表示電視的未來發(fā)展是“QLED”。因此,三星公司將QD(量子點(diǎn))OLED視作電視顯示器技術(shù)的未來,而非當(dāng)前的 AMOLED 技術(shù)。換句話說,這就意味著三星公司不會(huì)涉足AMOLED電視。因此,QD至關(guān)重要,它是三星公司電視業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵。三星公司推出SUHD TV 時(shí),為QD創(chuàng)建了包括背光系統(tǒng)在內(nèi)的從材料到薄膜的自有供應(yīng)鏈。但是,獲得真正的QD OLED需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,作為獲得真正的QD OLED的橋梁,三星公司可能再次成為應(yīng)用QD的彩膜技術(shù)的前沿公司。

  中國(guó)的電視品牌力正日益強(qiáng)大,并試圖發(fā)力前沿QD技術(shù)。TCL 集團(tuán)最近直接向韓國(guó)名為“Sangbo”的QD制造商投資,以增強(qiáng)其QD技術(shù)和供應(yīng)鏈。TCL亦表示他們的目標(biāo)是QD OLED打印技術(shù)。這些都是中國(guó)電視品牌積極涉足QD技術(shù)的實(shí)例。IHS Markit認(rèn)為,QD時(shí)代將是中國(guó)電視制造商成為“前沿領(lǐng)袖”的開端,中國(guó)將不再是各項(xiàng)技術(shù)的“追隨者”。

  陳冰峰:目前TCL已經(jīng)在量子點(diǎn)材料合成、量子點(diǎn)印刷器件、印刷顯示工藝技術(shù)、G4.5印刷顯示平臺(tái)、G8.5印刷顯示平臺(tái)等五大部分得到優(yōu)先布局和均衡發(fā)展,搶占印刷顯示領(lǐng)域的技術(shù)尖端。希望在不久的將來,TCL在量子點(diǎn)電致發(fā)光的基礎(chǔ)上,把新一代印刷顯示工藝開發(fā)成熟。

  從上游量子點(diǎn)供應(yīng)材料來看,在QD Vision面臨困難的同時(shí),也應(yīng)當(dāng)看到行業(yè)中的量子點(diǎn)生產(chǎn)廠商正在呈倍數(shù)地成長(zhǎng)。單獨(dú)一家公司經(jīng)營(yíng)狀況的好壞,有其內(nèi)部經(jīng)營(yíng)的各種綜合因素,我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)行業(yè)的發(fā)展應(yīng)該更多地著眼于整體市場(chǎng)規(guī)模的成長(zhǎng)以及新進(jìn)入者的數(shù)量。TCL一直在致力于量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展,截至目前已經(jīng)在全球范圍內(nèi)收購(gòu)或參與投資了4家量子點(diǎn)廠商,在資源上完全可以支持公司已制定的量子點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略,同時(shí)也為未來QLED的發(fā)展做好了布局。


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