量子点显示在传统的LCD电视在光源技术上的设计,核心是显著提升屏幕的色域(70%提升到110%左右),并且推广成本很低,将是未来LCD电视升级方向和标配趋势。
全球范围内三星引领量子点显示技术,在产业链一体化布局、核心工艺的掌握上领先优势显著,随着国内电视厂商(TCL、海信等)技术的成熟和加大推广以及国内上游供应商崛起和量子点膜成本下降,判断2017年将是国内量子点TV元年,产业迎来爆发式增长。
量子点显示和OLED是目前TV两大主流新型显示技术,由于量子点TV成本更低、产能扩张容易,将率先爆发;OLED电视凭借色域、对比度、柔性、刷新率等指标全面提升将是未来确定性趋势,但由于良率、成本和产能瓶颈问题,渗透率提升将是长期缓慢逐步提升的过程。
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量子点(Quantum Dot)是半径小于或接近于激子波尔半径的半导体纳米晶体,由有限数目的原子组成,是一种大部由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的准零维纳米材料,其三个维度的尺寸都在1-10nm。
从材料上来看,既可由一种半导体材料组成,如由IIB.VIA族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或IIIA.VA族元素(如InP、InAs等)组成,也可以由两种或两种以上的半导体材料组成。
量子点独特的性质基于它自身的量子效应,当颗粒尺寸进入纳米量级时,尺寸限域将引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应,从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性, 展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质。
量子点尺寸效应在显示领域有着非常重要的作用:通过精准控制量子点的不同尺寸,使其在受到外来能量激发后,可以发出对应波长的光,因此量子点材料可以实现非常纯的RGB三原色。
三原色越纯意味着彩色显示的色域越宽,因此QD-LCD相较普通LCD电视可以获得更高的色域,即色彩感表现更优秀。
量子点材料和阻隔膜供应商:负责量子点材料和阻隔膜的设计和生产,代表性公司Nanosys和3M;
量子点显示根据发光原理的不同,可以光致发光和电致发光两类,分别被称为量子点背光源技术(QD-LCD)和量子点发光二极管显示技术(AMQLED)。
AMQLED不需要额外光源的自发光技术,其发光原理和结构与OLED技术类似,量子点层夹在电子传输和空穴传输有机材料层之间,外加电场使电子和空穴移动到量子点层中,它们在这里被捕获到量子点层并且重组,从而发射光子。
因为QLED量子点自发光技术难以实现,所以与LCD 结合的改良版QD-LCD技术就应运而生,QD-LCD是在LCD上加一层量子点膜(或非膜的其他方式),这些量子点材料与蓝色发光二极管协同工作,蓝色发光二极管产生蓝色光,并且为量子点提供两种不同方法供应光子能量,以产生红色和绿色的光。
AMQLED目前尚未商品化,主要原因是QLED的量子点因其容易受热量和水分影响,无法实现蒸镀方式,而可溶性印刷方式正在研发过程中,此外AMQLED还存在素子可靠性等问题,因此业内认为距离真正版本的QLED商用化至少需要10年以上。
在QD-LCD的On Surface升级方案中,仅仅需要将LCD的白光LED改为蓝光LED,彩色滤光片方案微调。
将量子点膜在光源和增亮膜下面,去掉一层扩散膜,升级成本低,很容易产业化推广,有望成为LCD的标配。
目前主要把量子点封装进 LCD 显示器主要有三种方式,对应将量子点材料放置的不同位置,分别是On Chip、On edge、On surface。
On chip 直接将量子点材料放在蓝色LED芯片上,可以最大化量子点效率,量子点材料消耗仅约为 On surface 的万分之一,但是由于这种方法要求量子点材料在高温环境保持稳定,且封装技术要求高,目前行业内暂时没有公司采用这种封装方法。
On edge 将量子点密封在细玻璃管中并安装在侧边背照灯导光板的LED光入射部,由于侧光式 LED 背光相较整个显示屏面积小得多,该方法消耗的量子点较少,约为 On-surface 用量的百分之一,但对量子点的稳定性要求较高。
目前业内使用的公司很少,主要是QD Vision的Color IQ技术采用这种封装方法,并且三星基本放弃该方案。
On surface是将薄膜之间夹有量子点的片状材料贴在背光源与液晶面板之间,这种方法消耗的量子点材料较多,但技术成熟,目前主要是3M和Nanosys的QDEF技术,以及Nanoco的CFQD技术采用这种封装方法。
考虑到量子点材料的稳定性、容易嵌入液晶面板以及色转换效率、光提取效率、波长利用效率等特性,On surface的膜方案是目前最成熟的方案,容易推广,未来会成为量子点电视封装的主流方案。
1983年美国贝尔实验室的科学家首次对量子点进行了研究但未进行命名,数年后耶鲁大学的物理学家马克·里德将其命名“量子点”。
2005年,毕业于麻省理工的科尔·苏利文创建了QD Vision,公司专注于研发量子点材料核心技术,与TCL、海信和索尼等电视厂商建立了合作关系,2016年三星以7000万美元收购该公司。
世界上第一款QLED电视是2015年3月TCL在第14届中国家用电器博览会上发布的Q55H9700,当时该款产品受到了诸多高端用户群体的喜爱,随后三星亦推出量子点电视。
三星在2011年开始研发QLED,并在CES2017上推出了全新的QLED电视,2017年3月发售了四款Q系列QLED电视。目前许多国际电视制造巨头均已推出最新代量子点电视,也预示着量子点技术的逐渐成熟。
三星作为世界上重要的显示面板和电视生产商引领了全球量子点显示技术的商业化进程,为占据量子点技术,三星投资了具备300项量子点技术专利的德国Nanosys公司,并在2016年11月以7000万美元收购了美国著名的量子点显示公司QD Vision。
2017年1月三星电子在CES2017上推出了的全新SAMSUNG QLED,引领了电视行业的新潮流和新方向。SAMSUNG QLED电视可以体验到HDR内容,达到让人叹为观止的视觉效果。
2017年3月三星发布全新的QLED电视,包括四款Q系列产品,尺寸从55英寸起,该系列产品具有三大新特性:
据统计数据,三星2016年全球量子点电视发展非常迅速,出货量300万台左右,主要两个核心原因:
国内电视厂商在量子点电视领域发展落后于三星,主要是技术成熟度低于三星并且国内电视整体的定价远低于三星,100美元每平米的高昂成本导致终端产品难以推广。
2017年以来,国内上游供应商特别是量子点膜供应商的产业化能大幅降低量子点膜的成本,目前来看国产量子点膜(如激智科技、纳晶科技)的成本比三星和3M量子点膜低50%以上,能大幅降低终端电视的成本,加速国内量子点电视的渗透率提升。
公开资料显示,激智科技从2017年来以及通过国内电视大厂tcl、海信等品牌的认证并实现小规模出货;
NPD Display Search预测,目前量子点电视的销量已经是OLED电视的7.3倍,量子点电视在中国市场的年增长率将达到100%,有望从2016年的60万台增长到2017年的120万。