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从量子点到QNED 语不惊人死不休的韩国电视产业

  • 詹益仁

韩国两大显示器业者虽然利用了不少商业词汇吸引消费者目光,但也确实一步步地在改善显示器的技术。法新社

前阵子媒体大篇幅报导三星电子(Samsung Electronics)投入大量资源,准备量产QD-OLED电视,也就是QD(quantum dot)加上organic LED;而更新的报导是三星宣布研发下一世代的QNED,也就是QD加上Nano LED。不久前我们才在为Mini LED、Micro LED的定义伤脑筋,现在又多了一个Nano LED,这到底是怎么一回事?

自从OLED显示器开始普及后,显示器产业已经进入了后液晶显示器(TFT-LCD)时代,除了在技术方面要求更高的画素、更好的画质、更省电的显示器或电视外,厂商们也不断在显示器的命名上标新立异,以争取消费者的注意力。消费者在一些科技名词如量子(quantum)、纳米(nano)、OLED等已经耳熟能详了,显示器业者就是利用这些名词,创造出许多新命名的产品,好让消费者耳目一新,这其中尤以韩国的两大显示器厂商,最为引领风骚,但事实真的是如此吗?

这一切得从十多年前三星的LED-TV说起,当时TFT-LCD是使用冷阴极管(CCFL)当作背光源,而三星的LED-TV只是用白光的LED取代冷阴极管作为背光源,如此而已。LED-TV顾名思义应该是利用红绿蓝三种颜色的LED当作光源,所制作出来的全彩显示器,这是一项不得了的技术突破,也几乎就是显示器的极致,而此项技术到今天全球的科技都还无法达到。利用LED当背光源,最大的优势就是可以做出薄型化的电视,并且省电,让消费者感受到科技带来的新奇感。

LED-TV之后,OLED-TV开始登场。OLED显示器从90年代就开始研发,虽然在结构上比TFT-LCD更简洁且有绝佳的色彩表现,但是有机的材料最怕水跟氧气的侵袭;因此在制作上无法使用黄光湿式制程,必须要使用乾式的金属光罩,因而无法在大型的面板上制作。所以目前真正利用红绿蓝三颜色的OLED,只有在中小尺寸的显示器上,如智能型手机。乐金电子(LG Electronics)所标榜的大尺寸OLED-TV,事实上是利用OLED当作白光的背光源,取代LED的背光。

当然不容否认这其中仍有很大的技术突破,比如OLED白光在色域的表现上比LED更好,因此人眼会觉得色彩更鲜艳;此外OLED与下版TFT结合,可成为画素化的光源,可以进一步省掉液晶开关的功能,不用液晶开关也就不需要进入液晶前置的偏光片,如此可以大幅的节省电力,以及增进色彩的灰阶表现,算是功德一件。

接著OLED登场的就是QD-LED。说起QD,它的来头也真不小,从80年代科学家们就积极在半导体的光电元件研究,一路由二维的量子井(quantum well),到一维的量子线( quantum wire),到最后的零维的量子点(quantum dot),其目的是藉由将电子与电洞施以更多的局限(confinement),以增进其发光的效率。当我们第一次听到三星发表了Q-LED TV时,不禁赞叹韩国人的科技实力,不仅制作出QD-LED,更以此红绿蓝光源制作出电视机。后来才明白原来是利用QD纳米粒子做成薄膜,以取代现行普遍使用的彩色滤光片。

此薄膜由人工合成的半导体(如CdSe)纳米粒子所构成,因为具有能阶,而其能阶的大小因为量子效应,会受粒子半径的大小而改变,半径越大者其发射光的波长就越长,而偏向红光;反之就偏向蓝光。而白色的背光,经过这些不同大小的纳米粒子,就会转换为红绿蓝三种颜色。不过因为是量子效应,其转换出来的颜色比传统经由彩色滤光片的光更纯,会令显示器的色彩饱和度更强;此外因为光是经由能阶的转换,也会使得效率得以提升,达到省电的功能。虽然不是真正的QD-LED,但也是功德一件。

行文至此,如果各位还没有被这些名词给搞胡涂,接下来就开始不同的排列组合了。首先就是一开始提到的QD-OLED TV,聪明的读者也许会猜到是利用OLED当背光源,而使用QD当作彩色滤光片。没错,显示器业者也一步步地朝最终极的显示器技术迈进。那最后什么是QNED?在讨论这个之前,得先谈谈所谓终极的显示器,其实就是Micro LED。

Micro LED是将红绿蓝三原色的LED,制作成10微米大小的晶粒,然后利用巨量转移(mass transfer)的技术,将这些LED晶粒转移到有TFT控制电路的下版上。比起现有的电视,Micro LED不需要背光、液晶、彩色滤光片、偏光片等,结构非常简单且效率高、色彩饱和度强,且反应速度快。但是以一个65寸4K画质的电视,就需要移转2,500万颗的LED晶粒,这是一项非常艰钜的工程,有稍许的差错就需要个别去修补不同颜色的LED晶粒。

一个比较简便的方法,如果转移的全部都是蓝色的LED晶粒,然后在部分蓝色晶粒上用印刷涂布的方法,将红色或绿色的QD涂抹在蓝色LED上,如此就可将蓝光转换成红光或绿光。这比起要分别转移红绿蓝三种LED晶粒,明显地可以增加巨量转移的成功率,也使得之后的修补动作较为简单,这种方法就是三星所谓的QNED。三星使用Nano LED基本上是要跟Micro LED做一个区隔,但事实上LED到达纳米等级是几乎发不出光来的。

显示器业者们,尤其是韩国的两大,虽然利用了不少似是而非的名词来吸引消费者的目光,但也确实一步步地在改善显示器的技术,朝向终极的显示器的目标迈进,这过程中也许还会有更多耸动的名词被创造出来,我们且拭目以待吧!

曾任中央大学电机系教授及系主任,后担任工研院电子光电所副所长及所长,2013年起投身产业界,曾担任汉民科技策略长、汉磊科技总经理及汉磊投资控股公司执行长。