1.前言
在顯示領域最大規模的學會“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納米至數十納米的半導體晶體。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。通過改變量子點的尺寸，這種能量狀態在某種程度上可自由變化，因此能制作體現新功能的材料。離散的能量狀態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）能夠有效利用激發能量，等等。
如圖1所示，直徑1nm～10nm的量子點擁有核殼結構，通過紫外光（例如365nm）激發，粒子越小發出的光的波長越短，粒子越大則發光波長越長。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InP等III-V族半導體和硅（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，采用量子點的白色光的高亮度和優異的色彩表現性受到關注。
圖1：膠體量子點的結構
3.基于量子點的TFT液晶面板色彩表現范圍改善情況
2015年，歐盟委員會批準從《關于在電氣電子產品中限制使用特定有害物質的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換LED的能源效率和色彩表現有相當大的好處。量子點已被用于顯示器，今后應該還會用于照明用途。顯示器采用量子點在節能特性方面對環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的波長轉換用半導體納米晶體量子點，Cd的使用應該在2018年6月30日解禁”。
不過，SID 2016的展會上出現了不使用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而發動攻勢的展示也比較多。下面來看一下展區內的演示情況。
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范圍能覆蓋BT.2020規格的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，要想符合該規格，就要像在2015年12月的學會“IDW 2015”的報告中所說的一樣，必須采用以半導體激光為光源的BLU。
表1：量子點薄膜的種類和BT.2020的覆蓋率
筆者根據SID 2016 Digest制作。
如圖4所示，LG顯示器的“WOLED結構”（白色OLED與彩色濾光片的結構）有機EL面板的亮度為500cd/m2，色彩表現范圍為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，色彩表現范圍為90％（PCI-P3），強調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）的色彩表現范圍與亮度的比較#p#分頁標題#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展區各類顯示器的比較展示
圖6：QD Vision展區各類顯示器的耗電量比較展示
（1）采用量子點的液晶顯示器與采用傳統白色LED背照燈的液晶顯示器相比，色彩表現范圍擴大50％，成本僅增加10％。不過，是以QD Vision的量子點“Color IQ”為基礎。
（2）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。與其他大色彩表現范圍技術相比，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液晶顯示器實現了與有機EL相當的色彩表現范圍，相關技術已被用于實際商品中。不過，作為顯示器技術人員，需要從業務方面重新討論應對措施。如果一味聽信量子點廠商的話，則缺乏作為技術人員的自覺性。
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”為題發表了特邀演講。演講中列舉了以下5項有機EL電視量產的技術課題。
（1）發光材料；低分子（真空蒸鍍）或高分子（印刷）、熒光或磷光
（2）耗電量、壽命、燒機等的對策
（3）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和裝置
（5）支持大型面板的封裝技術和裝置
筆者當時表示，“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（現在已經退出）RGB方式。
圖7：TFT液晶與有機EL的特性比較
根據筆者在SID 2013上的演講資料制作。
TFT液晶方面，IPS方式已成為移動產品用顯示屏的事實標準，而且也得到大屏幕電視機廣泛采用。比較的光學特性包括對比度、響應時間、視角、耗電量、壽命、分辨率、色彩表現范圍及模塊厚度。有機EL的優點是薄、高對比度、高速響應及大視角。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。
距離筆者發表演講已經過去3年時間，但很難說上述課題已經解決。關于大屏幕電視，估計目前有機EL還不會取代TFT液晶，應該沒有問題。
6.結束語
分兩次對有機EL電視和液晶電視做比較發現，液晶電視的課題已經解決，而有機EL電視沒有發現優勢。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：技術在線
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