量子点和OLED解析

在科技高度发展的今天，电子产品的更新换代越来越快，LED灯的技术也在不断发展，为我们的城市装饰得五颜六色。众览电视领域的发展电视正在进行一场重大变革，量子点(Quantum Dot)技术和OLED技术相互竞争，为显示器带来更广泛多元的色彩。

虽然分辨率(分辨率)仍然是电视机制造商的一大卖点，但随着超高清和4K显示器的广泛应用，显示器的分辨率增长效益已逐渐递减，因为人眼已经无法分辨其以上的差异。像三星和LG这样的娱乐巨头正在转向使用宽色域(WCG)技术，特别是量子点和有机发光二极管(OLED)来提高单个像素的质量。每种技术都有其自身的优点和缺点，这些优点和缺点将使它们在未来几年抢占电视机市场的不同区块。

市场研究公司Yole Développement的固态照明和显示器资深市场和技术分析师Eric Virey博士认为，虽然出现将电视显示分辨率从4K提高到8K的相关讨论，但从科学的角度来看，这样做的益处非常有限。人眼可以区分每度60个像素的分辨率。 Virey表示：“对于消费者来说，8K有明显效益的使用情况非常有限。”

电视工业因此将焦点从增加更多像素转移到提高像素质量和提供更广泛的颜色。 Yole估计，2017年售出的电视机中有7%将提供WCG功能，但到2022年这一比例将增加到50%左右。

量子点显示器制造商Nanosys的营销和投资者关系总监Jeff Yurek表示，电视屏幕只能显示人眼可感知到的颜色的三分之一左右。他说：“虽然高分辨率屏幕的好处正在减少，目前我们距离颜色和像素质量出现同样的情况还有相当大的距离。”在这个新技术路线图的前沿，OLED和量子点，不同的照明格式，都已准备好要为提供电视机提供更优质卓越的图像质量。

极致黑暗

OLED由多层结构组成，其中之一是有机(碳基)电致发光材料的薄膜。在电视机采用OLED时，不再需要背光源或是滤色片 - 两者都是液晶显示器(LCD)的不可或缺的组成部分 - 使其在更薄的尺寸下呈现更加效能和并且更容易生产。这使得制造柔性、可卷曲，甚至可拉伸的显示器成为可能，同时还提供优良的图像质量、广泛的色域和宽广的视角。有机发光二极管在像素到像素层级产生几乎完美的黑色的能力也使得卓越的对比度成为可能，这是大多数显示技术无法实现的。

虽然OLED显示器承诺了一系列消费者已经非常感兴趣的引人注目的新功能，根据Virey的说法，大众普遍认为在2017年的此刻，OLED所产出的WCG图像质量是最高的，然而根据Yole分析师的预测，他们在未来五年内的发展有限，主要原因是全球制造能力有限，每年的产量限于1200万件。制造OLED昂贵且复杂，这使得现有电视制造商难以生产其自己的OLED显示器。

Virey表示：“目前唯一一家生产OLED电视面板的公司是LG。许多OEM品牌的电视机都提供OLED机种，但是这些都是使用LG面板。没有其他公司能够在短期内供应OLED面板，至少在2019年至2021年之前是不可能的。其他公司若想加入此行列，他们将不得不掌握OLED技术的发展，并且建设耗资数十亿美元、全新的生产设施。“

据Virey介绍，LG公司的一种OLED技术采用了类似于LCD的彩色滤光片，这种滤光片可以过滤来自白色OLED的光线，产生各种各样的色彩和出色的图像质量。 OLED显示器也可以在没有滤色片的情况下制造，但是需在每个像素中使用红色、绿色和蓝色LED的组合以呈现宽广的色域。虽然这种格式也可见前景，但目前蓝色OLED仍然有效率和使用寿命的问题。

一抹蓝

OLED材料制造商Cynora公司营销官Joanna Wrzeszcz表示，当前荧光蓝色OLED发光器的低效率对整个OLED显示器的效率有负面影响。原因在于蓝色OLED生产缺乏合适的高效荧光或磷光材料。Wrzeszcz解释道：“荧光材料是稳定的，但效率非常低，而用于高效率的红色和绿色发光体的磷光技术不幸的是对于深蓝色材料而言(因为寿命短)而并不成功。”

因此，Cynora公司开发了自己的蓝色光线发射器，其使用的材料旨在通过热激活延迟荧光(TADF)技术降低OLED内部的电应力。这些材料可以将单重态和三重态激子转换成多层OLED中的光能，三重态激子在过去曾被证明是具有挑战性的转换。因此，光线发射器能够提供长的使用寿命和高效率。Wrzeszcz表示：“我们高效率的蓝色TADF材料将使设备制造商能够显著降低功耗(高达2倍)和更高显示分辨率的OLED显示器。”由于此技术的前景看好， LG和三星甚至共同投资了2500万欧元来支持Cynora高效蓝色OLED技术的发展。

OLED显示器目前需要相对较大的蓝色像素区域以达到合适的亮度。通过Cynora高效TADF光线发射器的采用，显示器制造商可以创造更小的蓝色像素，但维持相同数量的光线，从而可能进一步提高分辨率。据该公司的说法，新的发射器还可以通过减少其结构所需的层数来简化制造并降低OLED的成本。

Cynora计划在今年年底前发布第一款蓝色OLED光线发射器。 Wrzeszcz表示：“我们坚信我们的TADF材料将有助于OLED行业的下一个材料驱动的发展。”从长远来看，该公司打算开发绿色和红色的TADF发射器，计划在2019年年底前推出。

一个点到点的画面

作为OLED电视面板的唯一制造商，当LG在韩国和中国的两条新建生产线开始运营后，2019年下半年开始OLED电视制造基础设施的建设将有一波显著的上升势。与此同时，中国的京东方显示器和CSOT等其他厂商也在研发自己的OLED技术，但即使在开发完成之后，仍然需要建设5-10亿美元的生产设备才能进入市场，Virey指出。

OLED面板生产受限的这段时期将为与其竞争的WCG技术，特别是量子点，提供一扇机会之窗。量子点提供与OLED显示器相似的图像质量，同时也可以使用既有的LCD制造基础设施制造。量子点是直径为2nm至8nm的微小半导体结构，可以使用化学自组装技术在大型反应器中生长。它们是高效的能量转换器，在使用短波长、高能量的光进行激发后，能够充电并发出不同波长的可见光子。通过将它们结合到液晶电视中，可以实现WCG性能和图像质量的总体显著提升。

“量子点使我们能够展现更广泛的色彩范围，”Nanosys的Yurek评论道。 “他们可以制造出可见光谱中的任何颜色，同时也可以非常有效地产生光线，效率高达99%，使其成为世界上最高效的发光材料之一。 2009年，三星量子点供货商Nanosys(量子点电视的主要生产商之一)推出了一种名为Quantum Rail的玻璃光学组件，该组件适用于电视机以提供量子点功能。虽然有效，但是这种格式已经被证明对现有的LCD生产周期造成太大的破坏，因为需要额外的制程和机器设备来加入光学组件。因此Nanosys面临着将量子点引入LCD的挑战，同时也须设法最大限度地降低显示器制造商面临的资本支出和不便。

Nanosys展示的一个蓝色无镉电子发射量子点旁边的红色和绿色的无镉光电发射材料。“这导致我们开始生产量子点增强薄膜(QDEF)，何者是用量子点涂覆PET薄膜，然后将其放入液晶显示器的背光源，取代预先存在的漫射膜，不需要额外的生产步骤。Yurek说明道。 因此，QDEF比OLED更便宜、也更容易使用在电视机中，因为它们与当前的LCD制造能力完全兼容。因此，任何液晶电视制造商都可以决定在其产品线中添加量子点，以降低资本支出。

Virey说：“如今，每平方米的显示器价格约为50美元。我们预计未来五年这个数字将下降到每平方米15美元左右。”量子点采用的结果是LCD的效率和颜色的巨幅提升，使得它们能够在亮度、色彩和成本等方面与OLED显示器竞争，并在某些情况下胜过OLED显示器。Virey解释说：“量子点能够实现更高的峰值亮度，更低的能量消耗，更宽的色域和更好的色彩体积[比OLEDs] – 具备能够在任何亮度下完美呈现所有颜色的能力。”这种具有竞争力的性能，加上最少的资本投入，易于实施和即将到来的OLED电视生产受限时期，可能导致近期量子点LCD(QLCD / QLED)电视在全球的普及。 Yole预期量子点电视能在未来五年内占据WCG市场的最大份额。

精益求精

在不断努力降低成本并提高量子点显示器的渗透率的同时，制造商一直在探索部署量子点的替代方法，这将进一步提高其性能，使其超越QDEFs的表现。“现阶段只是量子点可以发展的开始。这是该技术路线图的第一步，“Yurek评论说。”我们正在继续投资改善QDEF的成本和效率。由于我们已经提高了材料的稳定性，我们已经能够将量子点移动到LCD面板的前面。”

量子点正被用于取代LCD中特别低效的彩色滤光片，使其能够实现高达三倍的亮度，进一步改善的色域，高达两倍的能量效率，并且视角接近目前OLED电视机所能提供的范围。“唯一还无法进一步改善的是提供绝对的黑色这点。因此，量子点电视机在这方面还是会落后，” Virey表示。这是因为LCD像素是通过让背光通过或者阻隔背光亮度来实现的，因此在产生黑暗像素时不能完全挡住背光。

虽然OLED电视目前比QLCD具有这种特殊的优势，但预计量子点即将到来的发展将会看到这一技术差距的缩减。 Yurek解释说：“我们还在开发直接发射量子点，也称为电致发光量子点，它与OLED结构类似，但在发射极层有一个量子点。根据Yurek和Virey的说法，除了提供更高的效率之外，，当产生完美的黑色电平时，电致发光量子点预计将提供与OLED技术相同的性能。然而，类似于OLEDs，这些新的量子点将需要他们自己的制造流程和基础设施已应用于电视机，何者虽然需要额外的资金投入，但也可能促进其普及率的进一步增加。

Yurek解释说：“我们在发射型量子点技术方面所做的所有工作都依赖于低成本的印刷技术，如转移印刷技术，这对产业来说可能是非常具有破坏性的。量子点实际上可以实现印刷显示器的愿景，解决OLED显示器制造商已经尝试过，但尚未能够解决的问题。”虽然电致发光量子点显示器预计在未来四五年的时间还不会进入市场，但Yurek肯定，滤色镜替代品将有可能在明年年底进入市场。

根据Yole Developpement的分析，宽色域技术细分区隔方面 - OLED将保持昂贵和容量限制，而量子点薄膜将在成本降低的同时，通过量子点彩色滤光片出现，以满足高端市场。

向移动可携发展

Virey认为，虽然OLED在量子点方面有竞争力，可以改善电视显示器的色域，但对于移动显示器来说，OLED将占主导地位。他表示：“它们正在被广泛应用于许多高端机型，并将在未来五年内占据移动显示器市场约50%的市场份额。”三星在小型移动显示器方面一直非常成功。 “现在它已经占有超过99%的移动显示器市场;即使是新的iPhone X的OLED显示屏也是由三星提供，“Virey补充说。然而，将这项技术扩展到电视机的大尺寸方面还没有那么成功。”

蓝色OLED的进步也意味着显示器消耗更少的功率，从而延长移动设备的电池寿命。Nanosys的Yurek相信量子点在移动显示器方面有未来。 “随着我们往彩色滤光片替代和电致发光技术发展，它们将成为吸引移动显示器应用的解决方案，因为效率更高，从而延长了电池寿命 - 这是移动行业的一个重要因素。”

激光成为助力

OLED显示器开始呈现柔性、可折迭、可卷曲、甚至可拉伸结构的形式。尽管这一转变正在高速进行，但是Coherent营销总监Rainer Paetzel表示，显示器制造商仍然使用化学和物理气相沉积，光刻和蚀刻等传统工艺，仍然留有空间可将更新、更先进的处理流程纳入其基础设施。

(Image： Coherent)以塑料为基础的电子组件开发成研究新兴重点

Coherent公司正在推广如HyperRapid NX系列超短脉冲激光器等的新技术，以补充使用丝网印刷、喷墨印刷、柔性版印刷、凹版印刷和平版印刷等工艺制造的有机和印刷电子产品(OPE)的制造。Paetzel解释说，这些电子产品可以帮助改善智能手机和可穿戴技术等现代设备的生产。他说：“目前，OLED显示器并不仰赖OPE技术，但在中期OPE将有望发掘与OLED结合的巨大机遇，并有机会取代传统制造流程，以降低成本，减少材料用量。”

然而，实际上，所有上述印刷技术都被设计成产生人眼可辨别的结构，因此限于大约20μm的空间分辨率。因此，如消融、烧结、固化、切割、钻孔和退火(ablaTIon， sintering，curing， cutTIng， drilling and annealing)等激光应用可以通过实现更高分辨率(消融后约5μm)来辅助印刷制程，这对于OPE的持续小型化至关重要。Coherent认为，OPE为制造OLED显示器和其他现代技术提供了巨大的前景。然而，印刷过程必须首先克服重大的技术障碍，以实现OPE的广泛采用。

超短激光脉冲的独特处理能力，以及以可靠、灵活和经济实惠的方式提供这些脉冲的新一代产品，可能是提高OPE技术分辨率和市场机会的关键因素。” Paetzel总结说。现在的LED灯或许会有一些问题，但是我们相信随着科学技术的快速发展，在我们科研人员的努力下，这些问题终将呗解决，未来的LED一定是高效率，高质量的。