扒光量子點

2021-01-21 勢銀膜鏈

塗布機專業廠家——新望機械(新望簡介點此文字進入)



來源:行家說 

作者:史諾


量子點最夢幻的事,就是「一種材料,各種波長」,這個光可調的技能,可以用固定的材料去實現多種波長,色彩還又準又pure,這真的很過分,徹底玩弄了半導體能隙與波長一對一的常理。



| 量子點核心技能


發光的原理大抵包含電致發光(Electroluminescence,EL)、光致發光(Photoluminescence,PL)和化學發光(生物發光和燃燒發光可歸類在此),而如今被普遍使用、能產生高亮度、並且有效節能的方式,正是電致發光。


早在愛迪生發明電燈時,就已打開電致發光的大門,光源之旅一路從始祖鎢絲燈,一路走到今日的LED固態照明。



而LED、OLED和量子點,都同屬於電致發光中的固態場效發光,電子從激發態(Excited State)以輻射的方式回到基態(Ground State),當材料是直接能隙半導體時,這個輻射就會以光的形式呈現。


對無機物LED和量子點來說,激發態的能量位置稱之為傳導帶(Conduction Band,CB),基態的位置稱之為價帶(Valence Band,VB),而對有機物OLED而言,只要把CB和VB換成LUMO和HOMO就好了,道理大抵都是相通的。 



激發態的能量較高,回到基態時是釋放能量的,對可發光的半導體材料來說,光就是這股被釋放的能量,激發態與基態間關鍵的能量差就叫做能隙(Energy Gap),能隙決定了光的能量,進而決定了光的頻率與波長。


總結來說,材料的能隙就定義了光的色彩,是解開光譜奧秘的鑰匙,不同的發光材料(直接能隙半導體),理論上對應了不同的能隙。

於是在固態發光的旅程中,科學家絞盡腦汁尋找各種波長對應的理想材料,輔以摻雜(doping)的技術實現各種顏色的光,商業化的過程還得考慮到效率、晶格匹配、熱膨脹匹配等種種考量,背後蘊含了龐大的知識與技術。


固態照明能有今天的成果,得要感謝科學家們的努力,替照明世界找齊那一塊一塊的拼圖,無怪乎1993年中村叔叔搞出高亮度藍光,補足RGB三缺一的詛咒時,全世界都流眼淚了!


這個被譽為「二十世紀不可能的任務」的裡程碑,一來意味著二極體白光的誕生,固態照明的路從此打開,二來意味著實現全色彩(Full Color)的原料齊備,LED可以拿去做顯示了!


一個藍光的突破,讓LED一口氣打開通往兩個巨大市場的門,中村於是當之無愧地成了諾貝爾獎得主。


說起來或許是二極體的宿命,藍光詛咒竟也發生在OLED上。


OLED因為缺少高效的藍色磷光,只能先用低效螢光材料混色,再加上特殊的像素設計、電路補償手法等等,這些為了藍光不爭氣而衍生的苦工,都大大提高了OLED在顯示應用的商業化門檻。


如果未來某天出現OLED領域的中村修二,解決了藍光效率不彰的問題,什麼烙印的汙名啦、省電的爭議啦一次擺脫,OLED的發展輪廓必會因此改寫,於是乎,也讓OLED的未來走向留下了一個大大的不確定性。 


該說說量子點了。 



對於一維二維三維的納米材料我們這裡不討論,我們只需看塊材(Bulk Material)和量子點(Quantum Dot)就好。


一般在半導體的領域,我們使用的材料是塊材,塊材由許多原子透過共價鍵合體,原子與原子間的複雜作用力,讓不連續的能階形成接近連續的能帶,也就是我們所說的導帶和價帶,導帶與價帶間有固定的能量差,於是塊材的能隙就這麼決定了。


但當我們把塊材持續的縮小到奈米尺度,且小於其波爾半徑時,量子局限效應(Quantum Confinement)出現了,原本固定的能階會開始往外擴,當尺寸持續縮小時,發光波長會開始藍移(能量變強,光的波長變短)。



這個因為量子局限效應出現的能階改變,就是量子點進入顯示舞臺的核心,只要選一個能隙小的材料,透過尺寸控制就能發出所有可見光,對,所有,什麼晶格匹配什麼摻雜的功夫都可以洗洗睡了。 


量子點最夢幻的事,就是「一種材料,各種波長」,這個光可調的技能,可以用固定的材料去實現多種波長,色彩還又準又pure,這真的很過分,徹底玩弄了半導體能隙與波長一對一的常理。


於是,如LED和OLED那般尋找波長拼圖的做法成了歷史,量子點的世界只需要一把鑰匙——「化合物的選擇」,說起來簡單,但這個化合物不僅要能在藍移時涵蓋所有可見光、要有最小的半高寬、理想的轉換效率,還要不含毒素跟好合成······


這些條件列出來確實科學家也哭著想回家了,但······這是奈米材料啊!奈米材料是材料科學的未來啊!怎麼能跟簡單沾上邊呢?


困難是理所當然的,反正找到了就是一百,找不到就是零,量子點材料選好了以後,再也不需要擔心的就是色域,更遑論去思考白光缺少哪個要素這種別腳的問題。


從應用端的延展性來看,量子點同時具備了發散跟收斂的能力,不只能用一把鑰匙打開所有波長的門,實現精準的色彩、完美的色域;在光致發光的應用時,還可以讓不同門通往同一個房間——只要來源光都在可激發的範圍,量子點能把不同波長的光轉換成單一波長,實現光一致性的「整光」效果。


這對顯示來說是個振奮人心的特質,解決了單一Wafer晶片波長範圍難以微縮的難題,於是這個能「一轉多」又能「多轉一」的神奇材料,也成了小間距顯示屏與Micro LED熱切觀望,期許能解決自身技術限制的秘密武器。


量子點跟LED和OLED的關鍵差別,就是:(1)擁有控制波長的完美特質;(2)目前唯一能在光致發光和電致發光都有所作為的材料,這兩點大大的打開量子點的應用彈性與想像空間。


量子點的尺寸非常小,已經很難用Top-Down的方法製造,目前的製備方法都是Bottom-up,也就是用三口瓶像煮火鍋一樣煮出來的,過去為了提高量子點的發光效率,採用了Core-Shell結構(下圖左),用能隙更寬的材料保護中央的發光中心,以CdSe/CdS結構來說,CdSe是發光中心,CdS是保護外殼,這種作法持續很久,量子點的發光波長跟尺寸大小在這個時期都是直接相關的,普遍來說2nm~10nm的大小的量子點,可以對應藍光到紅光的所有可見光,越大顆波長就越長,反之亦然。


後來稱作合金(Alloy)量子點的作法出現了(下圖右),透過混合兩種材料的做法來控制光的波長,量子點大小不再是判斷色彩的指標,合金的做法可以讓同樣尺寸的量子點,發出不同波長的光,漸漸地成為今日量子點的主流。



最理想的發光材料目前還是硒化鎘(CdSe),但硒化鎘含鎘,導致其始終背負著ROHS的包袱,一直在豁免的期限上與歐盟拉扯,行銷上也成為被替代技術痛擊的弱點,再說了,只要被貼上含毒的標籤,消費者就很容易從懷疑轉成恐慌(消費者是非理性的),更別說未來回收還要面臨各種限制。


於是,「含鎘」成了量子點商業化的詛咒,為了甩開這個詛咒,量子點只能努力地朝向非鎘與低鎘材料前進。 



| 從三巨頭看量子點的商業化應用


當今世上做量子點的公司那麼多,Nanosys之後下個成為產業焦點的會是誰,現在也還不好說,但可以預見的是三劍客的時代將淡化,取而代之的下個階段會是百家爭鳴。


量子點在尋找商業應用入口時,做了很多嘗試,包含醫療、陽能、鐳射、半導體、照明。


結果就如同其他奈米材料一般,給了人無限美好的想像空間,但距離實務所需的安全、穩定與性價比,總是少了些什麼,最後還是只能停留在實驗室。


於是乎,量子點窮極三十年,一直都在尋尋覓覓,眼巴巴的等著那關鍵的殺手級應用——直到有天它遇上了「顯示」。


◆量子點的初登場


量子點1981年就被蘇聯科學家St. Petersburg的Dr Alexey Ekimov發現了,隨後在1983年貝爾實驗室科學家發現了量子點粒徑與激發波長的關係,開啟了早期量子點的研究熱潮。


然而這個尺寸與色彩關聯的重要特質,卻等了足足三十年才踏出顯示應用商業化的第一步。


◆量子點的商業挫折


在量子點遇上初戀之前,曾有過幾次糾結的羅曼史,包含1998年應用在生醫,當時科學家曾以為生醫是量子點的美好邂逅,藉由結合特定藥物進入人體,量子點可做為螢光標籤使用,追蹤藥物在人體內的移動狀態。


但量子點含鎘的問題很早就存在,把含鎘的物質注入人體這件事,且不論實務的安全性,直觀上就讓人抗拒,更何況鎘中毒歷史有殷鑑——


1931年日本富山縣神通川流域發生的怪病——「痛痛病」,已在五零年代被證實罪魁禍首就是鎘,也許重症病患願意承擔風險,量子點還可以用於癌症治療的領域,否則就算換成非鎘量子點,現階段來說還是避不開重金屬。


於是問題來了,除非量子點由人體內本來就存在的元素製造(比如鐵),不然到最後只是從甲毒換成乙毒而已,這是很尷尬而且暫時無解的問題。


總結來說,生醫應用有其科學價值,但始終沒能轉化成餵養量子點的商業養分。


在醫療之後量子點也嘗試去敲了幾扇門,包含市場已經被玩爛的太陽能,以及1993年美國Nexxus Lighting與QDVision合作的,號稱第一個商業化的量子點燈泡,這些議題都在刷了幾篇媒體版面後,漸漸地消失在民眾的心中,核心問題無非都是性價比、性價比、性價比。


量子點確實提高了太陽能的效率,但單晶矽、多晶矽的便宜模組滿天飛,用面積去換怎樣都划算,如果不是航太或是國防需求,有必要為了尊爵不凡的轉換效率,跟錢包過意不去嗎?


QD燈泡就更尷尬了,在燈泡上面蓋一層量子點薄膜,說是CRI表現更好(官方數據CRI 90以上),但這真的是主流照明的核心需求嗎?又或者換個角度想,比起用RG螢光粉調,改用量子點的效益在哪裡?


如果想到這裡還是覺得有賣點,那再補上最後一擊吧,照明的壽命要求,量子點追得上嗎?史諾雖然沒有用過這盞燈,但可以大膽預測當年擁有這盞燈的,如今白光都變成藍光了吧。



Nexxus與QD Vision合作的量子點薄膜燈泡


◆從量子點三劍客看顯示應用的發展


許多人談量子點時,總會提及三家最高調的公司,分別是美國的「Nanosys」、「QD Vision」和英國的「Nanoco」:


(1) Nanoco


Nanoco第一個講是因為他很特別,特別的······嗯,反正就是很特別,Nanoco很早就公開宣稱以無鎘技術(CFQD®)為主,很大膽、很前瞻、很有個性,但是這個定位下得有點著急了,事實證明最能實現商業水平的材料仍然是硒化鎘(CdSe)。


無鎘材料無論是半高寬、轉換效率還是穩定性,要追上CdSe還需要時間,Nanoco這一壯烈的宣言把自己逼到了牆角,放棄了先用含鎘材料去市場卡位的機會,於是,也成了量子點西洋三劍客中,商業成就仍然接近空白的公司。


Nanoco從2001年成立到現在,燒錢燒了快十五年,2016年初結算公開的半年虧損就達524萬英鎊,收入多少?那個······29萬英鎊(英國本地的銷售就佔了四分之三)。


所以簡單短評Nanoco這家好特別的公司,我會說:「產品不含鎘,股東不缺錢。」


Nanoco如果這十五年什麼都沒做,又怎麼能一直在媒體上刷存在?


Nanoco這些年可忙的了,大致上就是結盟、授權、被告,以及去鼓吹歐盟禁止含鎘量子點等等,歸納起來都是政治與外交,Nanoco前前後後跟DOWS、Merck、Osram以及臺灣的華宏合作,偶而跟眼中釘Nanosys打打架然後和好。


(2) QD Vision


QD Vision比較多人熟悉,畢竟是第一個把量子點顯示市場打開的公司,在2013年發表了Color IQ™的技術後,Sony、Samsung、Philips、Nokia等大廠先後跟進推出TV、Monitor和手機,中國的海信、康佳與長虹也沒錯過這股風潮,一時之間量子點成了媒體的焦點,仿佛新一代的顯示技術就此誕生。


先放一下很有名的點、線、面圖(量子點在電視應用的三種型式):



量子點初期進入顯示市場時,把應用的形式分成三塊——


上圖(a)是on-chip,量子點直接取代螢光粉,(b)是on-edge,量子點封進玻璃管中放在面板側邊,(c)on-surface,是做成一張薄膜取代背光模組裡頭的擴散片,從(a)到(c)量子點的消耗量越來越多,距離發光源也越來越遠,這三者的優劣稍後與Nanosys一起說。


QD Vision採用的是Tube的形式,代工的是臺灣的封裝廠隆達(原本是威力盟,但威力盟在2013年初併入隆達),這樣子的形式宣稱能減少量子點的消耗,又能跟晶片保持適當的距離(量子點怕熱怕水氧,就跟OLED一樣)。


但QDV的初試啼聲並沒有獲得巨大的成功,除了難封裝、回收麻煩(尤其在歐洲)、歐盟對豁免期限的態度不明外,玻璃管量子點電視需要另開治具,而且無法與窄邊框設計相容,這些都提高了轉換成本,QD Vision此時仍未政策轉彎,一昧固守QD Tube的形式,外加沒有趁勢布局非鎘材料,導致一開始的成功能量沒能延續。


2015到2016年間,三星、海信、TCL紛紛宣布倒戈,放棄Tube改投Film的懷抱,接著隆達在2016年初停止Tube代工並出售設備,2016年4月Nanosys乘勝追擊,去按鈴控告Nanoco以及Nanoco的客戶Sony、Philips、TCL等專利侵權,QDV就這樣哀傷地淡出顯示舞臺,把光環讓給了對手Nanosys。


(3)Nanosys


是該說說當今的最大贏家Nanosys了。


Nanosys可以說和QD Vision師出同門,核心團隊皆系出MIT量子點權威Bawendi,Nanosys堪稱西洋三劍客中的專利戰神,前後告過Nanoco和QD Vision,一個挑兩個,簡直兇悍到沒朋友,是另外兩家的眼中釘和頭號競爭者。


在商業化的戰略上,Nanosys不只布局得早,靈活程度也勝於Nanoco和QDV,QD on Chip雖然省材料,但因為太接近熱源(LED),會導致壽命和效率很差,Nanosys於是把on-chip定位在長期目標,點不行,線總可以吧?


在2008年Nanosys就已嘗試過把QD Tube用在手機,產品名稱當時叫Quantum Rail(合作對象是LG),時間點比QDV早了足足五年,當時發現Tube阻水氧太難做、良率不好、量產性不足。


Nanosys於是優雅一個轉彎,在2010年初推出了和3M合作開發的量子點薄膜QDEF(Quantum Dot Enhancement Film),這一張昂貴的薄膜沒有立即獲得市場青睞。


QDV因為打點通路下了些功夫,反而在商戰上捷足先登,事後諸葛來看也挺耐人尋味。


QDV可以說是幫Nanosys做了球,不但先把商業化的路鋪好、把量子點的宣傳做好,最後還讓客戶自己學習到,原來薄膜更實在、更穩定、設計更簡單,畢竟QDEF的工商說法是——「輕輕放進一層膜,就地變身廣色域。」


| 量子點顯示器的現在與未來


回顧量子點三十多年來的心路歷程,商業化的努力最後停在了顯示,而在各種形式的產品中,薄膜成了目前的勝利者。


但無論量子點是封在LED裡頭(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裡(on-surface),商業化的邏輯還是一樣的——


◆量子點顯示應用方向 


(1) 先走光致發光


即使量子點電致發光的研究很早就開始,但發展很緩慢,實現量產水平的顯示應用就轉到了光致發光,承襲原有的LCD系統,利用量子點的特性將單一波長的藍光轉換成紅光與綠光,取代原本白光LED採用的螢光粉,進而達到廣色域的效果。


(2) 都強調廣色域


目前光致發光的作法,進入市場的口號無非就是「廣色域」,事實上也只有廣色域是最沒有爭議的優勢,所以回到性價比的觀點來看,提升的產品價值對照衍生的轉換成本,QDEF是個定位正確的產品嗎?


我們先繼續往下看,量子點顯示應用被忽略的問題。


◆量子點顯示應用迷思


行銷跟騙術之間,往往只有一層薄紗,量子點在商業化的過程,也採用了很多取巧的說詞,主要的盲點有以下四個:


(1) 阻水氧難度高


量子點因為是無機物,所以宣稱自己比OLED穩定,但事實上奈米尺寸的量子點很敏感,不只跟螢光粉一樣怕熱,還和OLED一樣怕水氧,實在沒有嘲笑OLED的本錢,商業化的過程中,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)就佔了110μm,成本也佔了整張膜的一半。


(2) 是增豔,不是增亮


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


首先,站在光的能量的角度來看,傳統LCD的紅光跟綠光,是靠YAG產生的黃光,透過彩色濾光片個別濾出來的,濾光片的作用就是只讓想要的光通過,其他的通通擋掉,然後以光譜的角度來看,YAG的半高寬根本是悲劇,當你只要綠光或紅光時,大部分的光都被請回家了,見下圖:



咱們量子點就不同了,一開始就給你獨立的綠光跟紅光,顏色已經調到美麗的波長(ex:綠光530 nm/紅光630 nm),所以沒有產生太多多餘的光,也因為」不要的光」比較少,所以理論上比較亮/節能。


 


對,目前為止都沒有錯,但是沒有提到量子點的轉換效率,官方說法是80%以上,且不論實測能不能達到這樣的水準,YAG的轉換效率是輕鬆破90%的,所以在傳統色域基礎上省電20%這個說法是不成立的。


而且別忘了螢光粉也可以換紅綠粉,當LED配上高級紅粉與綠粉時,量子點的節能說就瞬間失去了立場。


除了轉換效率的問題外,增豔跟增亮還存在Trade-off的問題,這裡班門弄斧來個三秒鐘小講堂,光的能量跟我們常說的亮度是兩碼子事,因為人眼感知的亮度還得乘上」視效函數」,以綠光為例,當波長從550往530移動時,色域覆蓋程度是變廣了,但感知亮度也同時下降了。


這問題當然不是只有量子點有,但是當量子點電視拿亮度去換廣色域後,往往會用其他方法來彌補,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(同樣來自3M,呵呵呵不解釋),然後再拿量子點電視跟非量子點電視對比,看起來好像又增亮又增豔又省電,是臺所有願望一次滿足的真‧旗艦,殊不知······這些都是錢堆出來的啊孩子!


其實新技術在商業宣傳時,總不免俗要搞個新舊技術的對比,然後總喜歡用昂貴的鑽石去敲壞掉的軟柿子,對照組常常是成熟技術中的中低階產品,還配上比較差的設定(比如有些商場在比色域跟畫質時,「犧牲組」還會奸詐的調低亮度,讓視覺表現更差),如此用心良苦,也就為了營造出膨湃而煽情的差距,這樣對嗎?


雖然比起化妝品和減肥產品的無恥行銷,科技產品已經客氣很多了,但仍然是個不踏實的壞習慣。


(3) 不是換層膜這麼簡單


光致發光應用中並沒有藍光量子點登場的餘地,所以一切的關鍵都在紅光、綠光量子點上,也由於量子點在LCD裡的工作是負責產生紅光和綠光,原本背光模組裡的白光LED就必須換成藍光LED。


因此,嚴格說來QDEF只換掉擴散片的說法也有瑕疵,實際需要設計變更的還有LED。


換個藍光LED很難嗎?不就是少混個螢光粉,材料成本還減少啊!


但別忘了現在白光LED因為經濟規模便宜成什麼樣了,新開一個料號就是多一個庫存,衍生額外的生管、物管、品管就不多說了,藍光LED還得跟紅綠量子點,以及彩色濾光片開三方會議,好好對一下色座標,才能正確的呈現想要的色彩,這些麻煩都是旁人看不到也不容易理解的。


另外補充一點,QDEF連擺放位置都很計較,為了讓光在層層光學膜中旅行時,重複反射通過QDEF的次數增多,所以QDEF還得放在離光緣最近的地方,一但順序往上移,紅綠光的轉換不足,就會造成偏藍的現象。


 


(4) 對手是KSF不是YAG


如第二點提到的,LED並不是沒有廣色域的solution,拿YAG對比量子點並不是apple to apple的公平競爭,要站在廣色域的角度去思考,就該拿KSF+β-sialon來比,即使只比色域量子點還是完美材料,但把成本跟壽命都算下去的話,量子點還有明顯的優勢嗎?


◆總結量子點的商業價值


講了長長一串,總結一下「量子點+光致發光+顯示應用」的商業價值,對於替代技術來說,進入市場的能量有多強,似乎是個非常模糊的概念,但其實簡單來說,可以看做「創造價值」及「衍生成本」相減以後的淨價值。


 

➢創造價值面


廣色域當然是量子點顯示器的心臟,除此之外還有個難以量化的價值,就是相較於今日的OLED或當年的LED,「量子點」於行銷上更有利,畢竟關於奈米材料的幻想與期待已深植人心。


量子點本身就是未來科技的等義詞,對於不理解技術的人來說,量子點聽起來也比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:


(1) 厚度


厚度是其中一項,即使QDEF已經從310μm減少到210μm,但對斤斤計較的高階產品來說(手機or薄型電視),導光板光是要減少幾百μm就很糾結了。


這現象在手機更明顯,手機的Side View LED也辛苦了好多年才從0.6t慢慢轉向0.4t,下個世代的0.3t才不過少100μm,對LED廠來說就是個難以挑戰的裡程碑,結果來個QDEF一切的辛苦都毀了,當Nichia為了自己精美的1803(0.3t)感到驕傲時,看到3M的QDEF粗魯地疊上去,能不生氣嗎?


(2) 壽命限制


官方說法是三萬小時無衰減,這個數字可能太過樂觀了,實測常常出現一萬就不對勁的狀況,雖然量子點薄膜的壽命目前還找不到有公信力的數字,但別忘了量子點是很不穩定的材料,相較於OLED顯示器會「越看越不藍」(因為藍色發光層陣亡),量子點恰恰相反,很可能出現「越看越藍」的狀況(因為紅、綠量子點陣亡)。


P.S.量子點還是很新的產品,壽命這點可以先持保留態度,等個幾年會見真章。


(3) 替換與新增材料成本


關於藍光LED和新增DBEF的部分,前文提過就不重複論述,光看QDEF本身就是天價,以55吋電視來說,要買一張正版QDEF報價是100塊美金!


除了Barrier Film很貴外,量子點也是很昂貴的材料,一克的價格如果是實驗用的,價格可高達數千塊美金,是黃金價格的百倍以上!


即使量產水準的量子點,普遍也在30塊美金以上,未來就算降至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。


(4) 關鍵材料產能


量子點是Batch式的生產,量子點顯示器如果真如某調研機構預測的這麼樂觀,產能會是一個很大的問題,而且合成量子點的產能是一回事,做成膜的產能又是另外一回事了,全世界能做出好的量子點薄膜的,除了3M還有幾家?


(5) 供應鏈門檻


這是所有新材料進入市場都需要面臨的考驗,供應鏈上下遊在不同產業中有不同的僵固化程度,一般來說越下遊的產業越有話語權(產值越大),下遊牽動上遊一直都比反過來容易許多,而且更改材料牽動採購、品管、研發······等層層關卡,新材料的導入速度除非綁品牌效益或客戶策略,不然一般來說都是牛步。


製造業的指導原則是這樣的——要換材料可以,去考慮新開案的機種,沒有品質問題原則上不EC(Engineering Change,工程變更),因為大家都是領薪水混日子的工程師,舊材料用得穩穩的開心又順心,沒事幹嘛為了什麼新科技找自己麻煩,尤其新材料通常比較貴,採購跟PM會非常不開心。


還有一個很容易忽略的問題,就是與量子點對話的產業存在「專業知識不對稱」,量子點是很先進的奈米材料,多半是由化學、光電功底深厚的公司主導,如果對口產業是高度知識密集的「高科技產業」,至少工程師的內功好,溝通上還不會太痛苦,但事實上往往事與願違。


當QD film走向QD on chip後,專業不對等的痛苦指數恐怕會更高,大家也知道LED產業產值低、獲利慘不忍睹,根本養不起幾個厲害的工程師,別說共同開發一起成長了,只怕連正常使用都會搞砸,完全不懂如何為了新材料調教與應變,量子點製造商得因此負擔龐大的「教育客戶成本」,沒辦法,這恐怕是所有先進上遊材料廠,在沒有集團與策略夥伴奧援時,必然的宿命。


總結起來,量子點薄膜創造的淨價值不夠有破壞性,尤其當優點只有廣色域時,不只和OLED高階電視正面衝突,也殲滅不了配備廣色域螢光粉的LCD,目前的角色定位有點尷尬,只能靠著三星和其他品牌努力的行銷,先在高階電視站穩腳步儲備能量。


◆量子點的近程發展


說好要講未來的,但不小心糾結在現在太久,只好先用簡單明了的圖交代一下量子點的近程發展:



從Tube走到Film的趨勢已經很明朗了,下個階段是on-chip,理論上這是成本最低、系統變動也最少的方式,但與量子點希望遠離熱源的目標相背,需要先解決材料特性與封裝方式的核心問題,Osram、晶電、隆達都在努力嘗試這條路,但目前研發中的量子點LED,儘管採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,估計要能成熟量產,需要等到2018年。


 


◆量子點的中長程發展


既然量子點薄膜沒有巨大成功的跡象,量子點LED發展也還不明朗,顯示應用這條路感覺很不樂觀啊!


但如果眼光放遠一點,目前的做法其實只是光致發光的牛刀小試而已,量子點在顯示的想像空間遠不只如此,以衝擊效果和系統變動的程度來看,可以分成三個階段:

 

Phase 1:取代螢光粉


量子點無論是On-Edge、On-Surface還是On-Chip,都還只是螢光粉的替代品,功用與螢光粉相比並無二致,簡單說就是色域的升級而已。


Phase 2:取代彩色濾光片


利用圖案化的量子點取代彩色濾光片,這個念頭也存在許多年了,彩色濾光片用濾掉光的方式實現子像素三原色,三分之二的光根本沒機會見到世面就回家了,若換成像素化排列的量子點微結構,理論可以接近無損地轉換出三原色,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%都有點爭議,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。


而且量子點畢竟是量子點,廣色域的優勢那是完全不用說的。


有人直接把這種產品稱作QDCF(Quantum Dot Color Filter),本人認同這種商業名稱很直覺的叫法(就像QLED之於OLED一樣),儘管說量子點是Filter並不正確,但只要想成是Quantum Dot Color-Conversion Film也就是了,好記比較重要,觀念沒弄錯就好。


彩色濾光片是光的終結者,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到量子點上,只是先別說量子點圖案化要怎麼做,要做多厚才能符合需求······等等問題,光是「偏光片內製」這點就卡關了。


為何要偏光片內製這件事我簡短說明,液晶模組裡的控光機制是靠兩片偏光片和液晶來完成,這個機制允許彩色濾光片在兩個偏光片的中間,但量子點放在偏光片中間會破壞光的極性,導致液晶的控光功能失效,唯有靠偏光片內製或QDCF外製才能解決,詳情可以去搜尋液晶的結構與原理。


QDCF不僅在LCD的架構下很有潛力,更長遠來看還能用在Micro LED上,成為Micro LED的隊友而非敵人。


Phase 3:成為發光層


量子點顯示最關鍵的裡程碑,就是從光致發光走向電致發光,真真正正成為自發光顯示器的QLED,擁有自發光所有的好處(省電、高對比、高反應速度)和量子點無敵色域的天賦,是OLED未來發展的巨大威脅,也是中國彎道超車的重要武器。


別說納晶的彭笑剛押注在此,量子點大廠基本上都把QLED當成重要的長期計劃,QD Vision和Nanosys搞電致發光早就搞了好多年,三星更擺明採用「小尺寸推OLED,大尺寸走量子點」的策略,放話將在2019年推出QLED電視,從光致發光的QDEF轉向電致發光的QLED。


QLED目前的效率(EQE)大約是10%,距離量產還有好一段路要走,但長期來看沒有如OLED那般明顯的材料缺陷,且色域更廣、反應速度更快,還直接瞄準了印刷製程,這其實不是量子點傲嬌,實在是量子點升華點太高,根本無法走蒸鍍這條路,於是乎也墊高了QLED的量產門檻。


這樣說吧,QLED要嘛就無法量產,一旦達到量產水準,什麼尺寸限制啥的一概沒有,而且很容易藉由印刷製程降低製造成本,未來發展十分可期。 


來源:行家說 

作者:史諾


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