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量子点显示器後势看好
材料规模年成长2.5倍

【作者: 盧傑瑞】2017年11月01日 星期三

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在次世代的显示技术中,最被关注的技术莫过於量子点显示与MicroLED显示,其中量子点显示技术在2013年被SONY正式作为液晶电视的核心技术之一後,就备受全球相关业者所关心。


在这之後,每年在美国所举办的SID都会有和量子点显示技术的论文被发表,甚至於在2017的今年,居然出现举办了7个和量子点显示技术相关的议程,而论文的发表数量更是激增到24篇,这种种的发展,可以感觉到部分业者都期??量子点显示技术能够取代OLED成为下一代的主流显示技术(图1)。



图1 : SID2017盛大的在洛杉矶举办,吸引来自全球各地的显示技术专家
图1 : SID2017盛大的在洛杉矶举办,吸引来自全球各地的显示技术专家

无镉化发展备受关注

在SID上发表有关量子点显示技术的专家,大多来自於知名大学或研究所、研究单位,但今年的会场上,中国的京东方却高调的在展览会上展示了相关以量子点显示技术所开发5寸(320×240)和14寸(960×540)的原型机产品,成为了众所注目的焦点(图2、图3)。


图2 : 京东方在SID展示出5寸(320×240)量子点显示原型机产品
图2 : 京东方在SID展示出5寸(320×240)量子点显示原型机产品

图3 : 京东方的14寸(960×540)的量子点显示原型机产品
图3 : 京东方的14寸(960×540)的量子点显示原型机产品

在2017的SID上,量子点显示技术被讨论的趋势大多是未来如何朝向无镉化发展,由於镉元素具有一定程度的毒性,因此,这也是阻碍量子点显示技术被广泛采用的障碍点之一。因此在年会上,出现了一个讨论使用钙??矿(Perovskite)作为基础材料来实现无镉化的目标。和镉元素一样,钙??矿具有较窄的半高宽发光特性,来达到提升显示器的色域范围,因此对於钙??矿的未来,与会人士也充满了期待性。


原本无镉化材料是由英国Nanoco所开发,目前效率性已经逐渐提升,在2017的IDW上发表出半高宽为30nm的绿光与40nm的红光材料,而量子效率也已经改善到90%的程度。而以开发含镉材料为主的美国Nanosys,在混合非镉材料之後,已经将镉的含量降低到标准值100ppm以下了,这样的材料所开发出来的红绿光半高宽分别为43nm和18nm,量子效率则可以达到92%,这已经很接近含镉的发光材料(图4)。



图4 : 量子点显示一直使用含有镉元素的发光材料,引发各界对健康影响的疑虑
图4 : 量子点显示一直使用含有镉元素的发光材料,引发各界对健康影响的疑虑

2017年需求将超过千万台

事实上,使用量子点显示技术的显示器可以说是商品化与实用化了,并且已经正式被使用以及在身边出现了。由华硕在其Zenbook NX500的笔记型电脑上,就已经导入Nanosys的量子技术,并且采用3M的Quantum Dot Enhancement Film。


但这终究是应用在小尺寸显示萤幕上,然而前几年一直广受媒体争相报导的大尺寸量子点电视,在2017年终於现身。


韩国三星领先群雄在2017CES上展示出多款的量子点显示器,代表着此一技术已经跨入商品化的阶段,已不再是纯粹纸上谈兵而已。根市调单位IHS Markit统计指出,在2017年量子点显示器的需求将超过1000万台,达到3亿美元的市场规模,使量子点显示技术巩固其作为高阶显示市场主流技术的地位(图5)。



图5 : 2017年量子点显示器的全球市场规模将达到3亿美元的市场规模
图5 : 2017年量子点显示器的全球市场规模将达到3亿美元的市场规模

根据IHS Markit研究指出,市场对於量子点萤幕的需求从2015年开始上升,并将在2016年达到近500万台,年增长超过150%。或许虽然有些人对量子点技术持怀疑态度,认为量子点显示器市场是由三星电子积极推动的,但IHS Markit认为,今天的消费者比以前更了解和更聪明,通常在比较价格和网路评论,也使厂商他们不容易盲目的促销。至於消费者在购买量子点电视,因为他们喜欢这种新的高阶显示技术,在这些智慧消费者的带领下,量子点显示器的需求将继续上升。


预估2017年,制造商将会相当积极的将量子点面板应用於电视与监视器上,而显示器和电视业者也因此陆续发表新一代的机种,例如美国优派(ViewSonic)预计在2017年第四季推出32寸量子点技术显示器,这款新发表的量子点显示器预计将能提供158%sRGB的超高色域,特别是在红色及绿色的色调表现,并且达到WQHD2K的解析度。


因此预估量子点显示器的需求将超过1000万台,使量子点巩固其在高阶显示市场的主流技术地位,带动对量子点显示器在广色域显示器市场需求,将会迅速的扩展。


相关材料市场将成长2.5倍

而日本矢村经济研究所对於量子点显示器相关材料市场预测的资料也显示,2017年量子点显示器相关材料的市场规模将比2016年成长约2.5倍(156.7%)达到77吨,在阻障薄膜(Barrier Film)方面的出货数量达到了1600万平方公尺,和2016年相比,也是成长2.5倍(150%)(图6)。



图6 : 根据日本矢村经济研究所的推估,2017年量子点显示器相关材料的市场规模将比2016年成长约2.5倍
图6 : 根据日本矢村经济研究所的推估,2017年量子点显示器相关材料的市场规模将比2016年成长约2.5倍

量子点显示技术是利用化合物半导体、氧化半导体将光的能量持续进行吸收、转换,利用量子点来达到高度色再现性,以及相当低电力消耗的显示技术,而备受全球显示器市场所注目。在基本概念上,量子点显示器是利用蓝光LED光源照射直径不同的红色和绿色量子点的方式来激发出红光及绿光,达到全彩显示所需要的成红光、绿光和蓝光三原色,并以高度效率的方式来分解光线,进而达到高度色再现性。然後再透过滤光膜等呈像系统和驱动系统形成影像。


虽然说,量子点显示技术是从过去液晶背光所延伸出来的新一代技术,在成熟度与跨入门槛有一定的优势之外,但是另一方面,每增加背光部分的材料就需要相对增加成本,这也是量子点显示器需要面对的问题。


量子点显示器最重要的制程在於采用阻障薄膜??为基本材料,利用Castng的方式将量子点粒子的树脂进行分散与重整达到薄膜的程度,再贴上一片阻障薄膜来完成制作程序。再利用量子点粒子形成面发光体的薄膜,再利用背光机构的光源穿透薄膜时,产生波长的变化。利用这样的结构,就可以让显示器提升色再现性与辉度。


阻障薄膜(Barrier Film)部分,对於水蒸气的穿透率的要求,要能够达到10?3g/(m2?日)(也就是说在24小时内,穿透1平方米面积的水蒸气公克数)这样的阻隔能力。在2016年之前,是利用溅镀层积的方式将二氧化矽以及氮化矽等无机材料,在薄膜一层层的镀上来达到要求。但在此之後,由於量子点材料的可靠度不断的被要求提升,和成本降低压力之下,相信水蒸气的穿透率将会来到10?2g/(m2?日),甚至於10?1g/(m2?日)的能力值。这时或许就会转向采用透明蒸镀薄膜和PET薄膜的层压型态的材料(图7)。



图7 : 水蒸气的穿透率,是决定量子点显示器可靠度的重要因素
图7 : 水蒸气的穿透率,是决定量子点显示器可靠度的重要因素

失落中的日本显示器产业

特别是为了要迎合大尺寸萤幕和高画质的电视市场趋势下,到目前为止包括日本、韩国和中国也都投入大量资源进行量子点电视的研发。但是由於量子点显示器所需的材料价格还是相当高,例如量子点所用粒子中的镉元素(cadmium),也正是因为这样的理由,使得一部分的日本显示器业者在初期阶段就放弃继续研发,退出此一领域。例如在2016年12月举办的IDW国际会议上,象徵趋势性技术的下一代OLED、量子点显示与MicroLED显示等领域,完全看不到来自於日本的专家或学者发表相关演讲。而其他国际性的显示相关会议或论坛上也鲜少见到日本的演讲者,几??都是来自於台湾、韩国和中国的专家学者,特别是在中国当地所举办的各种论坛或研讨会,中国各大学或研究所的叁与程度,可以说是相当踊跃,相争在新兴显示技术的这个舞台上吸引来自各界的目光。


对於这样的变化,似??日本显示业界的危机感相当地薄弱,似??完全感受不到,来自世界各地的竞争是多麽的激烈。或许这跟日本显示业界目前已被资金庞大缺囗与巨额亏损问题,压的喘不过气来有关,已经无暇分出太多心去关注外面的世界。这样的变化是相当可惜的,在过去,日本的高科技技术一直是扮演着引领全球前进的火车头,包括显示器、半导体、LED、太阳能…。但曾几何时,却因传统的包袱,使得日本显示产业分崩离析,还需要来自外国的援手才得以残存。


虽然,在2015年的International CES中,韩国和中国显示器业者都有发表了量子点显示器,但时至今日,实际上只有韩国三星这麽一家业者跨入面板量产的阶段。


不过,根据市场的情报显示,以目前的产和市场规模,量子点显示器还无法达到普及价格带的阶段,相信在2~3年内除了韩国,中国还会陆续出现的数家显示业者将会宣布投入量子点显示器的量产,而使得量子点显示器市场规模得以快速扩大,届时随着产能不断的开出,相信能带动材料成本的下降,进而缩短达到普及价格带的等待期。


中国倾全力推广量子点产品

在2014年底,中国TCL在发表采用量子点技术的电视,翰海信发表了量子点电视的新机种之後,量子点显示技术也在中国推动新一波的研发热潮,量子点技术成为众多中国显示业者在显示领域转型的发力点。就对於中国显示业界来说,这又将是另一个新的分水岭抉择。不断出现的新热门技术实在无穷尽的困扰着中国显示业界,过去几年才投入钜额资本支出来建立大尺寸液晶面板与OLED面板生产线,还没尝到获利回收的甜头,现在又窜出台、日、韩分头进击可挠性OLED面板、量子点显示与MicroLED显示等技术。


使得中国各地热闹地一场接着一场举办各种论坛与研讨会,例如,2017年2月在福州日热闹举办的ICDT2017,吸引了超过700位的专家学者,其中就安排了3个与量子点显示技术相关的议程。而在南京举办的2017国际新型显示技术展、上海的FPD China、深圳的CITE等等也都积极讨论量子点显示技术的最新趋势。


而忙碌的并不只有这些活动,各大学、研究所甚至於显示器业者的研究部门,也都夜以继日的积极开发这些新兴技术,深怕押错宝而错失在全球显示器市场上立足的机会(图8)。



图8 : 2017年国际量子点显示产业发展论坛会议现场,TCL厂商代表,以及多家通路代表统一上台完成量子点电视的签约仪式。
图8 : 2017年国际量子点显示产业发展论坛会议现场,TCL厂商代表,以及多家通路代表统一上台完成量子点电视的签约仪式。

随着量子点技术的日臻成熟,2017可以说是中国的量子点显示器元年。根据TCL的销售资料显示,虽然OLED电视比量子点电视提前上市两年,但目前量子点电视销量已经是OLED电视的7倍之多,在市场消长以及性价比方面,量子点电视显得更加受到消费者的青睐。TCL在2017年第1-14周销售期之中,量子点电视在电视市场渗透率已经达到4.77%,同期OLED电视只达到1.22%的占有率。相对来说,OLED电视在4年前就已经上市,以推广的力度和宣传的时间理应有较大的优势性,但事实上,当量子点电视出现之後,马上出现情势逆转,被量子点电视後来居上,这个结果可以了解到,虽然同样是新一代的显示技术,在消费者所关心的画质与使用年限方面,OLED有机材料的寿命是一项难以克服的障碍,并且因良率较低而导致生产成本迟迟无法有效降低等等的缺点,注定了难以阻挡来势汹汹的量子点显示技术。因此TCL也计画趁势追击预计在2017年9月再发表第三款量子点产品,力求抢下更多新一代显示技术电视的消费市场。 除了电视业者之外,中国电器销售通路业者包括国美、苏宁、京东、重百、唐百等也纷纷磨拳抢占此一新兴电视产品。Display Search预测,量子点电视在中国市场的年增长率将达到100%,有??从2016年的60万台增长到2017年的120万台。


主流显示技术之争

在量子点显示的战场上,似??很少看到台湾显示业者的身影。这和最近相争报导的MicroLED有着天壤差别,从设备、LED业者显示器业者、工研院、各大产业联盟的相关讯息看来,台湾显示产业似??已经确定放弃了量子点这一项的显示技术,直接攻取台湾的另一个强项MicroLED显示,由於在LED的制程技术与设备上,台湾有着相当深厚的基础。因此,台湾弃量子点显示而投向MicroLED的情况,这也是不难被理解的转变。


先前提到的量子点显示技术的发展在SID年会上受到各界的注目,不惶多让的,被形容为「破坏性技术」的MicroLED显示,也在今年的SID年会上,出现了2个相关的议程与8篇论文,受欢迎的程度并不亚於量子点显示技术。


看来无论是量子点显示或Micro LED,都有不同的基本阵营,三星的大力追捧与扩展在量子点显示的影响力度,三星甚至认为对於大尺寸的电视应用来说,应该直接跳过OLED的大尺寸化,而跨入采用印刷技术制备的量子点显示面板。因为在寿命上,量子点显示技术的优势非常明显。


而Micro LED则是有苹果与索尼的加强合作。量子点显示主要瓶颈是材料制造,然而MICRO LED在这部分有比较好的基础,目前产业中已经有深厚的LED产能技术和制造经验,甚至可以说,MICRO LED材料方面的实力要比量子点显示技术好太多,现在最大的问题只在於如何将量产完成的LED移转至平面显示基板上。


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