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　　1.前言

　　在顯示領(lǐng)域最大規(guī)模的學(xué)會“SID 2016”（5月22日～5月27日，美國舊金山）的展會場，LG顯示器公司重點展示了有機EL電視，而三星顯示器公司則重點展示了VA模式的液晶電視。本文將介紹色彩表現(xiàn)范圍不如有機EL電視的液晶電視的對策，以及采用量子點的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍改善情況。

　　2.什么是量子點？

　　量子點（Quantum Dot，QD）是為了將電子封閉在微小的空間中而形成的直徑數(shù)納米至數(shù)十納米的半導(dǎo)體晶體。向尺寸與波長基本相同的空間中注入電子后，這些電子無法再向三維的任何方向自由移動，因此能獲得特定的能量狀態(tài)。通過改變量子點的尺寸，這種能量狀態(tài)在某種程度上可自由變化，因此能制作體現(xiàn)新功能的材料。離散的能量狀態(tài)看起來就像是原子的能級，所以還被稱為人工原子。

　　量子點有通過晶體生長形成的，也有通過溶液工藝形成的。后者的量子點叫做膠體量子點。這種量子點的特點包括：（1）可在室溫和通常大氣壓下通過溶液工藝制作元件、（2）能通過材料和粒徑控制吸收波長、（3）能夠有效利用激發(fā)能量，等等。

　　如圖1所示，直徑1nm～10nm的量子點擁有核殼結(jié)構(gòu)，通過紫外光（例如365nm）激發(fā)，粒子越小發(fā)出的光的波長越短，粒子越大則發(fā)光波長越長。代表性核材料是CdSe。最近，作為不含鎘（Cd）的低毒性材料，還在研發(fā)InP等III-V族半導(dǎo)體和硅（Si）等。殼材料一般多使用ZnS。作為LED背照燈單元（BLU）的替代技術(shù)，采用量子點的白色光的高亮度和優(yōu)異的色彩表現(xiàn)性受到關(guān)注。

圖1：膠體量子點的結(jié)構(gòu)

　　3.基于量子點的TFT液晶面板色彩表現(xiàn)范圍改善情況

　　2015年，歐盟委員會批準從《關(guān)于在電氣電子產(chǎn)品中限制使用特定有害物質(zhì)的EU指令（RoHS 2）》中除去量子點材料。并表示，這個決定對“采用量子點的色彩轉(zhuǎn)換LED的能源效率和色彩表現(xiàn)有相當(dāng)大的好處。量子點已被用于顯示器，今后應(yīng)該還會用于照明用途。顯示器采用量子點在節(jié)能特性方面對環(huán)境整體有良好的影響”。另外還指出，“對于以用于顯示器和照明為目的、采用Cd的波長轉(zhuǎn)換用半導(dǎo)體納米晶體量子點，Cd的使用應(yīng)該在2018年6月30日解禁”。

　　不過，SID 2016的展會上出現(xiàn)了不使用Cd的量子點展示。而且，在此次展會上，量子點陣營為對抗有機EL而發(fā)動攻勢的展示也比較多。下面來看一下展區(qū)內(nèi)的演示情況。

　　3.1 Nanosys

　　美國Nanosys公司的量子點“Hyperion”用于TFT液晶面板時，如圖2所示，將彩色濾光片對白色LED（YAG）光源的透射率視為1時，量子點增至1.4倍。順便一提，RG熒光材料為1.1倍。如圖3所示，采用Hyperion量子點的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍能覆蓋BT.2020規(guī)格的90％以上。這種情況下的亮度為400cd/m2。

圖2：Nanosys的量子點“Hyperion”的特性（1）

圖3：Nanosys的量子點“Hyperion”的特性（2）

　　量子點薄膜的種類和BT.2020規(guī)格的覆蓋率如表1所示，CdSe與InP的混合型可覆蓋94.1％。不過無法100％覆蓋。因此，要想符合該規(guī)格，就要像在2015年12月的學(xué)會“IDW 2015”的報告中所說的一樣，必須采用以半導(dǎo)體激光為光源的BLU。

表1：量子點薄膜的種類和BT.2020的覆蓋率

筆者根據(jù)SID 2016 Digest制作。

　　如圖4所示，LG顯示器的“WOLED結(jié)構(gòu)”（白色OLED與彩色濾光片的結(jié)構(gòu)）有機EL面板的亮度為500cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為89％（DCI-P3）。存在燒機（Burn-in)的課題。而BLU采用無Cd量子點的TFT液晶面板的亮度為1200cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為90％（PCI-P3），強調(diào)了可靠性出色的特點。

圖4：LG的WOLED（左）和采用無Cd量子點的TFT液晶（右）的色彩表現(xiàn)范圍與亮度的比較#p#分頁標(biāo)題#e#

　　3.2 QD Vision

　　如圖5所示，美國QD Vision比較了有機EL顯示器（圖5左上）、采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器（圖5左下）、采用CdSe量子點的液晶顯示器（圖5右上）以及采用InP量子點的液晶顯示器（圖5右下）的色彩表現(xiàn)范圍（NTSC比％）、亮度（cd/m2）、成本（美元）。圖6為各自的耗電量。通過比較明確了以下兩點。

圖5：QD Vision展區(qū)各類顯示器的比較展示

圖6：QD Vision展區(qū)各類顯示器的耗電量比較展示

　?。?）采用量子點的液晶顯示器與采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器相比，色彩表現(xiàn)范圍擴大50％，成本僅增加10％。不過，是以QD Vision的量子點“Color IQ”為基礎(chǔ)。

　?。?）采用“Color IQ”的液晶顯示器與有機EL顯示器相比，耗電量降低50％以上。與其他大色彩表現(xiàn)范圍技術(shù)相比，耗電量也可削減25％以上。

　　不過，無Cd的InP量子點薄膜的價格高達1759美元。

　　4.顯示器技術(shù)人員眼中的量子點

　　通過將量子點用于BLU，TFT液晶顯示器實現(xiàn)了與有機EL相當(dāng)?shù)纳时憩F(xiàn)范圍，相關(guān)技術(shù)已被用于實際商品中。不過，作為顯示器技術(shù)人員，需要從業(yè)務(wù)方面重新討論應(yīng)對措施。如果一味聽信量子點廠商的話，則缺乏作為技術(shù)人員的自覺性。

　　5.有機EL的課題解決了嗎？

　　2013年的SID上召開了“LCD or OLED？”分會，筆者以“TFT-LCDs as leading role in FPD”為題發(fā)表了特邀演講。演講中列舉了以下5項有機EL電視量產(chǎn)的技術(shù)課題。

　?。?）發(fā)光材料；低分子（真空蒸鍍）或高分子（印刷）、熒光或磷光

　?。?）耗電量、壽命、燒機等的對策

　?。?）支持第10代的TFT陣列制造裝置

　　（4）代替掩模蒸鍍的色彩分涂技術(shù)和裝置

　?。?）支持大型面板的封裝技術(shù)和裝置

　　筆者當(dāng)時表示，“解決這些課題，可以向消費者宣傳與液晶電視的不同之處，而且，具備價格競爭力很重要”。圖7是TFT液晶面板與有機EL的特性比較。有機EL為韓國LG電子已實現(xiàn)了商品化的、基于白色有機EL與彩色濾光片的方式（RGBW方式），和韓國三星電子商品化的（現(xiàn)在已經(jīng)退出）RGB方式。

圖7：TFT液晶與有機EL的特性比較

　　根據(jù)筆者在SID 2013上的演講資料制作。

　　TFT液晶方面，IPS方式已成為移動產(chǎn)品用顯示屏的事實標(biāo)準，而且也得到大屏幕電視機廣泛采用。比較的光學(xué)特性包括對比度、響應(yīng)時間、視角、耗電量、壽命、分辨率、色彩表現(xiàn)范圍及模塊厚度。有機EL的優(yōu)點是薄、高對比度、高速響應(yīng)及大視角。不過，壽命和耗電量在實用化方面存在巨大課題。通過應(yīng)用彩色濾光片，雖然解決了掩模蒸鍍的色彩分涂課題，但耗電量增加。

　　距離筆者發(fā)表演講已經(jīng)過去3年時間，但很難說上述課題已經(jīng)解決。關(guān)于大屏幕電視，估計目前有機EL還不會取代TFT液晶，應(yīng)該沒有問題。

　　6.結(jié)束語

　　分兩次對有機EL電視和液晶電視做比較發(fā)現(xiàn)，液晶電視的課題已經(jīng)解決，而有機EL電視沒有發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢。另外，有機EL的一些課題在這3年時間里并沒有取得突破性進展。

　　來源：技術(shù)在線