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量子點(diǎn)顯示器的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

編輯:liuchang 2017-03-13 10:49:43 瀏覽:989  來(lái)源:未知

  上次回顧過量子點(diǎn)三十多年來(lái)的心路歷程,商業(yè)化的努力最后停在了顯示,而在各種形式的產(chǎn)品中,薄膜成了目前的勝利者。但無(wú)論量子點(diǎn)是封在LED里頭(on-chip)、封在玻璃管放在顯示器旁邊(on-edge),還是做成一層薄膜放在背光模組里(on-surface),商業(yè)化的邏輯還是一樣的。

  量子點(diǎn)顯示應(yīng)用方向

  先走光致發(fā)光

  即使量子點(diǎn)電致發(fā)光的研究很早就開始,但發(fā)展的很緩慢,實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)水平的顯示應(yīng)用就轉(zhuǎn)到了光致發(fā)光,承襲原有的LCD系統(tǒng),利用量子點(diǎn)的特性將單一波長(zhǎng)的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成紅光與綠光,取代原本白光LED采用的熒光粉,進(jìn)而達(dá)到廣色域的效果。

  都強(qiáng)調(diào)廣色域

  目前光致發(fā)光的作法,進(jìn)入市場(chǎng)的口號(hào)無(wú)非就是“廣色域”,事實(shí)上也只有廣色域是最沒有爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì),所以回到性價(jià)比的觀點(diǎn)來(lái)看,提升的產(chǎn)品價(jià)值對(duì)照衍生的轉(zhuǎn)換成本,QDEF是個(gè)定位正確的產(chǎn)品嗎?我們先繼續(xù)往下看,量子點(diǎn)顯示應(yīng)用被忽略的問題。

  量子點(diǎn)顯示應(yīng)用迷思

  行銷跟騙術(shù)之間,往往只有一層薄紗,量子點(diǎn)在商業(yè)化的過程,也采用了很多取巧的說詞,主要的盲點(diǎn)有以下四個(gè):

  (1) 阻水氧難度高

  量子點(diǎn)因?yàn)槭菬o(wú)機(jī)物,所以宣稱自己比OLED穩(wěn)定,但事實(shí)上奈米尺寸的量子點(diǎn)很敏感,不只跟熒光粉一樣怕熱,還和OLED一樣怕水氧,實(shí)在沒有嘲笑OLED的本錢,商業(yè)化的過程中,許多精力和成本都被消耗在阻水氧上。以3M與Nanosys推出的QDEF為例,QDEF厚度大約210μm,其中上下兩片Barrier Film(阻水氧層)就占了110μm,成本也占了整張膜的一半。

  (2) 是增艷,不是增亮

  即使3M和Nanosys多次在公開場(chǎng)合教育大家,QDEF不只讓顯示器色彩更鮮艷,還能達(dá)到增亮跟節(jié)能的效果(增亮跟節(jié)能是同樣概念,只是“固定能耗看亮度”或“固定亮度看能耗”的差別),最常聽到說法是節(jié)能20%以上,這種宣稱雖然不算是詐騙,但也有誘導(dǎo)的嫌疑。

  首先,站在光的能量的角度來(lái)看,傳統(tǒng)LCD的紅光跟綠光,是靠YAG產(chǎn)生的黃光,透過彩色濾光片個(gè)別濾出來(lái)的,濾光片的作用就是只讓想要的光通過,其他的通通擋掉,然后以光譜的角度來(lái)看,YAG的半高寬根本是悲劇,當(dāng)你只要綠光或紅光時(shí),大部分的光都被請(qǐng)回家了,見下圖:

  咱們量子點(diǎn)就不同了,一開始就給你獨(dú)立的綠光跟紅光,顏色已經(jīng)調(diào)到美麗的波長(zhǎng)(ex:綠光530 nm/紅光630 nm),所以沒有產(chǎn)生太多多余的光,也因?yàn)?rdquo;不要的光”比較少,所以理論上比較亮/節(jié)能。

  對(duì),目前為止都沒有錯(cuò),但是沒有提到量子點(diǎn)的轉(zhuǎn)換效率,官方說法是80%以上,且不論實(shí)測(cè)能不能達(dá)到這樣的水準(zhǔn),YAG的轉(zhuǎn)換效率是輕松破90%的,所以在傳統(tǒng)色域基礎(chǔ)上省電20%這個(gè)說法是不成立的。而且別忘了熒光粉也可以換紅綠粉,當(dāng)LED配上高級(jí)紅粉與綠粉時(shí),量子點(diǎn)的節(jié)能說就瞬間失去了立場(chǎng)。

  除了轉(zhuǎn)換效率的問題外,增艷跟增亮還存在Trade-off的問題,這里班門弄斧來(lái)個(gè)三秒鐘小講堂,光的能量跟我們常說的亮度是兩碼子事,因?yàn)槿搜鄹兄牧炼冗€得乘上”視效函數(shù)”,以綠光為例,當(dāng)波長(zhǎng)從550往530移動(dòng)時(shí),色域覆蓋程度是變廣了,但感知亮度也同時(shí)下降了。

  這問題當(dāng)然不是只有量子點(diǎn)有,但是當(dāng)量子點(diǎn)電視拿亮度去換廣色域后,往往會(huì)用其他方法來(lái)彌補(bǔ),比如用更大更亮也更貴的LED,以及外加一片非常貴的增亮膜DBEF(同樣來(lái)自3M,呵呵呵不解釋),然后再拿量子點(diǎn)電視跟非量子點(diǎn)電視對(duì)比,看起來(lái)好像又增亮又增艷又省電,是臺(tái)所有愿望一次滿足的真?旗艦,殊不知…這些都是錢堆出來(lái)的啊孩子!

  其實(shí)新技術(shù)在商業(yè)宣傳時(shí),總不免俗要搞個(gè)新舊技術(shù)的對(duì)比,然后總喜歡用昂貴的鉆石去敲壞掉的軟柿子,對(duì)照組常常是成熟技術(shù)中的中低階產(chǎn)品,還配上比較差的設(shè)定(比如有些商場(chǎng)在比色域跟畫質(zhì)時(shí),“犧牲組”還會(huì)奸詐的調(diào)低亮度,讓視覺表現(xiàn)更差),如此用心良苦,也就為了營(yíng)造出膨湃而煽情的差距,這樣對(duì)嗎?雖然比起化妝品和減肥產(chǎn)品的無(wú)恥行銷,科技產(chǎn)品已經(jīng)客氣很多了,但仍然是個(gè)不踏實(shí)的壞習(xí)慣。

  (3) 不是換層膜這么簡(jiǎn)單

  光致發(fā)光應(yīng)用中并沒有藍(lán)光量子點(diǎn)登場(chǎng)的余地,所以一切的關(guān)鍵都在紅光、綠光量子點(diǎn)上,也由于量子點(diǎn)在LCD里的工作是負(fù)責(zé)產(chǎn)生紅光和綠光,原本背光模組里的白光LED就必須換成藍(lán)光LED。因此,嚴(yán)格說來(lái)QDEF只換掉擴(kuò)散片的說法也有瑕疵,實(shí)際需要設(shè)計(jì)變更的還有LED。

  換個(gè)藍(lán)光LED很難嗎?不就是少混個(gè)熒光粉,材料成本還減少?。〉珓e忘了現(xiàn)在白光LED因?yàn)榻?jīng)濟(jì)規(guī)模便宜成什么樣了,新開一個(gè)料號(hào)就是多一個(gè)庫(kù)存,衍生額外的生管、物管、品管就不多說了,藍(lán)光LED還得跟紅綠量子點(diǎn),以及彩色濾光片開三方會(huì)議,好好對(duì)一下色座標(biāo),才能正確的呈現(xiàn)想要的色彩,這些麻煩都是旁人看不到也不容易理解的。

  另外補(bǔ)充一點(diǎn),QDEF連擺放位置都很計(jì)較,為了讓光在層層光學(xué)膜中旅行時(shí),重復(fù)反射通過QDEF的次數(shù)增多,所以QDEF還得放在離光緣最近的地方,一但順序往上移,紅綠光的轉(zhuǎn)換不足,就會(huì)造成偏藍(lán)的現(xiàn)象。

  (4) 對(duì)手是KSF不是YAG

  如第二點(diǎn)提到的,LED并不是沒有廣色域的solution,拿YAG對(duì)比量子點(diǎn)并不是apple to apple的公平競(jìng)爭(zhēng),要站在廣色域的角度去思考,就該拿KSF+β-sialon來(lái)比,即使只比色域量子點(diǎn)還是完美材料,但把成本跟壽命都算下去的話,量子點(diǎn)還有明顯的優(yōu)勢(shì)嗎?

  總結(jié)量子點(diǎn)的商業(yè)價(jià)值

  講了長(zhǎng)長(zhǎng)一串,總結(jié)一下“量子點(diǎn)+光致發(fā)光+顯示應(yīng)用”的商業(yè)價(jià)值,對(duì)于替代技術(shù)來(lái)說,進(jìn)入市場(chǎng)的能量有多強(qiáng),似乎是個(gè)非常模糊的概念,但其實(shí)簡(jiǎn)單的說,可以看做“創(chuàng)造價(jià)值”及“衍生成本”相減以后的凈價(jià)值。

  創(chuàng)造價(jià)值面

  廣色域當(dāng)然是量子點(diǎn)顯示器的心臟,除此之外還有個(gè)難以量化的價(jià)值,就是相較于今日的OLED或當(dāng)年的LED,“量子點(diǎn)”于行銷上更有利,畢竟關(guān)于奈米材料的幻想與期待已深植人心,量子點(diǎn)本身就是未來(lái)科技的等義詞,對(duì)于不理解技術(shù)的人來(lái)說,量子點(diǎn)聽起來(lái)也比OLED威猛多了,行銷只要多用一些“量子”跟“奈米”的字眼,整個(gè)感覺就高大上了,這不是史諾胡扯,人是很容易接受暗示的,是真的。

  衍生成本面

  衍生成本也可以想成是替換成本,列舉如下:

  厚度

  厚度是其中一項(xiàng),即使QDEF已經(jīng)從310μm減少到210μm,但對(duì)斤斤計(jì)較的高階產(chǎn)品來(lái)說(手機(jī)or薄型電視),導(dǎo)光板光是要減少幾百μm就很糾結(jié)了,這現(xiàn)象在手機(jī)更明顯,手機(jī)的Side View LED也辛苦了好多年才從0.6t慢慢轉(zhuǎn)向0.4t,下個(gè)世代的0.3t才不過少100μm,對(duì)LED廠來(lái)說就是個(gè)難以挑戰(zhàn)的里程碑,結(jié)果來(lái)個(gè)QDEF一切的辛苦都?xì)Я耍?dāng)Nichia為了自己精美的1803(0.3t)感到驕傲?xí)r,看到3M的QDEF粗魯?shù)寞B上去,能不生氣嗎?#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

  壽命限制

  官方說法是三萬(wàn)小時(shí)無(wú)衰減,這個(gè)數(shù)字可能太過樂觀了,實(shí)測(cè)常常出現(xiàn)一萬(wàn)就不對(duì)勁的狀況,雖然量子點(diǎn)薄膜的壽命目前還找不到有公信力的數(shù)字,但別忘了量子點(diǎn)是很不穩(wěn)定的材料,相較于OLED顯示器會(huì)“越看越不藍(lán)”(因?yàn)樗{(lán)色發(fā)光層陣亡),量子點(diǎn)恰恰相反,很可能出現(xiàn)“越看越藍(lán)”的狀況(因?yàn)榧t、綠量子點(diǎn)陣亡)。

  P.S.量子點(diǎn)還是很新的產(chǎn)品,壽命這點(diǎn)可以先持保留態(tài)度,等個(gè)幾年會(huì)見真章。

  替換與新增材料成本

  關(guān)于藍(lán)光LED和新增DBEF的部分,前文提過就不重復(fù)論述,光看QDEF本身就是天價(jià),以55吋電視來(lái)說,要買一張正版QDEF報(bào)價(jià)是100塊美金!除了Barrier Film很貴外,量子點(diǎn)也是很昂貴的材料,一克的價(jià)格如果是實(shí)驗(yàn)用的,價(jià)格可高達(dá)數(shù)千塊美金,是黃金價(jià)格的百倍以上!即使量產(chǎn)水準(zhǔn)的量子點(diǎn),普遍也在30塊美金以上,未來(lái)就算降至20 USD/g以下,仍然比KSF和β-sialon貴,更別說十塊錢以下就有的YAG了。

  關(guān)鍵材料產(chǎn)能

  量子點(diǎn)是Batch式的生產(chǎn),量子點(diǎn)顯示器如果真如某調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)的這么樂觀,產(chǎn)能會(huì)是一個(gè)很大的問題,而且合成量子點(diǎn)的產(chǎn)能是一回事,做成模的產(chǎn)能又是另外一回事了,全世界能做出好的量子點(diǎn)薄膜的,除了3M還有幾家?

  供應(yīng)鏈門檻

  這是所有新材料進(jìn)入市場(chǎng)都需要面臨的考驗(yàn),供應(yīng)鏈上下游在不同產(chǎn)業(yè)中有不同的僵固化程度,一般來(lái)說越下游的產(chǎn)業(yè)越有話語(yǔ)權(quán)(產(chǎn)值越大),下游牽動(dòng)上游一直都比反過來(lái)容易許多,而且更改材料牽動(dòng)采購(gòu)、品管、研發(fā)…等層層關(guān)卡,新材料的導(dǎo)入速度除非綁品牌效益或客戶策略,不然一般來(lái)說都是牛步。

  制造業(yè)的指導(dǎo)原則是這樣的---要換材料可以,去考慮新開案的機(jī)種,沒有品質(zhì)問題原則上不EC(Engineering Change,工程變更),因?yàn)榇蠹叶际穷I(lǐng)薪水混日子的工程師,舊材料用的穩(wěn)穩(wěn)的開心又順心,沒事干嘛為了什么新科技找自己麻煩,尤其新材料通常比較貴,采購(gòu)跟PM會(huì)非常不開心。

  還有一個(gè)很容易忽略的問題,就是與量子點(diǎn)對(duì)話的產(chǎn)業(yè)存在“專業(yè)知識(shí)不對(duì)稱”,量子點(diǎn)是很先進(jìn)的奈米材料,多半是由化學(xué)、光電功底深厚的公司主導(dǎo),如果對(duì)口產(chǎn)業(yè)是高度知識(shí)密集的“高科技產(chǎn)業(yè)”,至少工程師的內(nèi)功好,溝通上還不會(huì)太痛苦,但事實(shí)上往往事與愿違。

  當(dāng)QD film走向QD on chip后,專業(yè)不對(duì)等的痛苦指數(shù)恐怕會(huì)更高,大家也知道LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值低、獲利慘不忍睹,根本養(yǎng)不起幾個(gè)厲害的工程師,別說共同開發(fā)一起成長(zhǎng)了,只怕連正常使用都會(huì)搞砸,完全不懂如何為了新材料調(diào)教與應(yīng)變,量子點(diǎn)制造商得因此負(fù)擔(dān)龐大的“教育客戶成本”,沒辦法,這恐怕是所有先進(jìn)上游材料廠,在沒有集團(tuán)與策略伙伴奧援時(shí),必然的宿命。

  總結(jié)起來(lái),量子點(diǎn)薄膜創(chuàng)造的凈價(jià)值不夠有破壞性,尤其當(dāng)優(yōu)點(diǎn)只有廣色域時(shí),不只和OLED高階電視正面沖突,也殲滅不了配備廣色域熒光粉的LCD,目前的角色定位有點(diǎn)尷尬,只能靠著三星和其他品牌努力的行銷,先在高階電視站穩(wěn)腳步儲(chǔ)備能量。

  量子點(diǎn)的近程發(fā)展

  說好要講未來(lái)的,但不小心糾結(jié)在現(xiàn)在太久,只好先用簡(jiǎn)單明了的圖交代一下量子點(diǎn)的近程發(fā)展:

  從Tube走到Film的趨勢(shì)已經(jīng)很明朗了,下個(gè)階段是on-chip,理論上這是成本最低、系統(tǒng)變動(dòng)也最少的方式,但與量子點(diǎn)希望遠(yuǎn)離熱源的目標(biāo)相背,需要先解決材料特性與封裝方式的核心問題,Osram、晶電、隆達(dá)都在努力嘗試這條路,但目前研發(fā)中的量子點(diǎn)LED,盡管采用了中間有隔離空間的方式(類似remote phosphor,見下圖),但是壽命連破一千都做不到,估計(jì)要能成熟量產(chǎn),需要等到2018年。

  量子點(diǎn)的中長(zhǎng)程發(fā)展

  既然量子點(diǎn)薄膜沒有巨大成功的跡象,量子點(diǎn)LED發(fā)展也還不明朗,顯示應(yīng)用這條路感覺很不樂觀?。〉绻酃夥胚h(yuǎn)一點(diǎn),目前的做法其實(shí)只是光致發(fā)光的牛刀小試而已,量子點(diǎn)在顯示的想像空間遠(yuǎn)不只如此,以沖擊效果和系統(tǒng)變動(dòng)的程度來(lái)看,可以分成三個(gè)階段:

  Phase 1:取代熒光粉

  量子點(diǎn)無(wú)論是On-Edge、On-Surface還是On-Chip,都還只是熒光粉的替代品,功用與熒光粉相比并無(wú)二致,簡(jiǎn)單說就是色域的升級(jí)而已。

  Phase 2:取代彩色濾光片

  利用圖案化的量子點(diǎn)取代彩色濾光片,這個(gè)念頭也存在許多年了,彩色濾光片用濾掉光的方式實(shí)現(xiàn)子像素三原色,三分之二的光根本沒機(jī)會(huì)見到世面就回家了,若換成像素化排列的量子點(diǎn)微結(jié)構(gòu),理論可以接近無(wú)損的轉(zhuǎn)換出三原色,光穿透率可以直接變成三倍(同亮度的光源耗電變成三分之一)!QDEF連能耗提升20%都有點(diǎn)爭(zhēng)議,放在背光模組跟放在彩色濾光片的位置相比,根本就是小情小愛。而且量子點(diǎn)畢竟是量子點(diǎn),廣色域的優(yōu)勢(shì)那是完全不用說的。

  有人直接把這種產(chǎn)品稱作QDCF(Quantum Dot Color Filter),史諾認(rèn)同這種商業(yè)名稱很直覺的叫法(就像QLED之于OLED一樣),盡管說量子點(diǎn)是Filter并不正確,但只要想成是Quantum Dot Color-Conversion Film也就是了,好記比較重要,觀念沒弄錯(cuò)就好,所以往后我們都稱之為QDCF。

  彩色濾光片是光的終結(jié)者,把他換掉的念頭自然沒有斷過,三星、LG和BOE等面板廠早就把念頭動(dòng)到量子點(diǎn)上,只是先別說量子點(diǎn)圖案化要怎么做,要做多厚才能符合需求…等等問題,光是“偏光片內(nèi)制”這點(diǎn)就卡關(guān)了。

  為何要偏光片內(nèi)制這件事我簡(jiǎn)短說明,液晶模組里的控光機(jī)制是靠?jī)善馄鸵壕?lái)完成,這個(gè)機(jī)制允許彩色濾光片在兩個(gè)偏光片的中間,但量子點(diǎn)放在偏光片中間會(huì)破壞光的極性,導(dǎo)致液晶的控光功能失效,唯有靠偏光片內(nèi)制或QDCF外制才能解決,詳情可以去搜尋液晶的結(jié)構(gòu)與原理。

  QDCF不僅在LCD的架構(gòu)下很有潛力,更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看還能用在Micro LED上,成為Micro LED的隊(duì)友而非敵人,至于具體來(lái)說效用是什么,就留到往后的Micro LED篇吧!

  Phase 3:成為發(fā)光層

  量子點(diǎn)顯示最關(guān)鍵的里程碑,就是從光致發(fā)光走向電致發(fā)光,真真正正成為自發(fā)光顯示器的QLED,擁有自發(fā)光所有的好處(省電、高對(duì)比、高反應(yīng)速度)和量子點(diǎn)無(wú)敵色域的天賦,是OLED未來(lái)發(fā)展的巨大威脅,也是中國(guó)彎道超車的重要武器,別說納晶的彭笑剛押注在此,量子點(diǎn)大廠基本上都把QLED當(dāng)成重要的長(zhǎng)期計(jì)劃,QD Vision和Nanosys搞電致發(fā)光早就搞了好多年,三星更擺明采用“小尺寸推OLED,大尺寸走量子點(diǎn)”的策略,放話將在2019年推出QLED電視,從光致發(fā)光的QDEF轉(zhuǎn)向電致發(fā)光的QLED。

  QLED目前的效率(EQE)大約是10%,距離量產(chǎn)還有好一段路要走,但長(zhǎng)期來(lái)看沒有如OLED那般明顯的材料缺陷,且色域更廣、反應(yīng)速度更快,還直接瞄準(zhǔn)了印刷制程,這其實(shí)不是量子點(diǎn)傲嬌,實(shí)在是量子點(diǎn)升華點(diǎn)太高,根本無(wú)法走蒸鍍這條路,于是乎也墊高了QLED的量產(chǎn)門檻。這樣說吧,QLED要嘛就無(wú)法量產(chǎn),一旦達(dá)到量產(chǎn)水準(zhǔn),什么尺寸限制啥的一概沒有,而且很容易借由印刷制程降低制造成本,未來(lái)發(fā)展十分可期。

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