26Dec.2022
物性分析

量子點QD技術原理說明:運用5大主流顯示器,解析應用產業有哪些!

在這個日新月異的科技發展之下,無論是工業還是光電產業,其技術發展都快速成長起飛。其中,量子點原理技術進步快速,目前已經被廣泛運用在顯示器產業中。也可用顯示器來說明,量子點原理技術應用的嶄新發展。雖說如此,但說到「量子點原理技術」相信大家一定都還是霧煞煞?!想要清楚了解量子點原理與技術,那就讓我們用本篇帶你詳解吧!
量子點
 

量子點QD材料技術原理介紹

所謂的「量子點(Quantum Dot)」材料,就是一種奈米等級的光電材料(粒徑尺寸約2nm~10nm)。其最大特色,是受到藍光光源(例如:450nm)激發時,會隨著粒徑尺寸不同可發出純度很高的單色光。舉例來說:7nm的量子點,其所激發出的光會呈現紅色3nm的量子點所激發出的光會呈現綠色。隨著設計的結構不同,一般而言大一點的量子點放出紅光,相反小一點的放出則偏綠光或藍光。
量子點1量子點結構

量子點QD技術應用於哪裡?

量子點技術,在早期是以QDEF(量子點薄膜)技術為主。近年來,臺灣LCD以及LED業者結合研發單位,已共同開發出QDCF/QDCC色轉換技術,來取代傳統彩色濾光片並應用於顯示器領域。
以QLED簡單來說,就是運用上述量子點特性搭配LED背光模組,來做為顯示技術。由於現階段LED技術已相當成熟,再加上產品壽命比傳統LCD還要長,色域表現更是接近OLED。隨著量子點在顯示器領域的廣泛用途,目前市面上也越來越多的QLED顯示器產品出現。

OLED與QLED電視差異|差一個字卻差很多

OLED(Organic Light Emitting Diode=有機電致發光二極體)與QLED(Quantum Dot Light Diode=量子點發光二極體)電視,最主要的差異在於OLED採用的為有機材料,當有電流通過有機材料時就會發光。
  • OLED:具備自發光、亮度高、可捲曲、輕薄、響應速度快等特性,在少了背光模組之下、整體功耗也能夠降低。這些先天上的優勢,除了可運用於電視產品以外,手機、智慧手錶等相關消費性3C產品也常常可見到OLED技術的應用。
  • QLED:採用的是「量子點技術」,量子點材料透過藍光光源(例如:450nm)激發後,能發出純度很高的單色光。故QLED電視構造,相較於OLED電視會多了背光模組設計。
隨著LED技術的成熟,目前許多業者也陸續開始推出Mini LED搭配量子點技術的電視。透過更多數量的背光模組分布,來提升顯示器亮度與對比;進而QLED呈現出可比擬OLED電視的影像細膩度,同時也可避免OLED面板烙印及產品壽命較短的先天缺陷。
QDCF結構示意圖
圖片:QLED主要結構示意圖

量子點QD材料技術應用|5大主流顯示器說明

在miniLED及microLED解決巨量移轉的成本及良率問題之前,QLED因為完美融合了傳統LCD與OLED的各種優點,是現行較為主流的顯示器工藝。其主流的5大顯示器比較如下:
  LCD QLED OLED miniLED microLED
結構 彩色濾光片

背光模組
彩色濾光片

量子點膜

背光模組
自發光 自發光 自發光
對比
約5000:1

10000:1

10000:1

10000:1

10000:1
反應時間 ms ns us ns ns
成本 較高 中等 較高 最高
優點 大規模量產
技術成熟
產品價格低廉
色域表現佳
產品壽命週期長
色域表現佳 螢幕亮度高,
可取代傳統LCD背光模組,
色域表現接近OLED
比起miniLED具備更高的解析度。
產品壽命週期長,且不易出現OLED烙印問題,符合次世代顯示器輕薄化需求
問題 色域表現差 耗電相較於傳統LCD高 螢幕烙印,劣化產品壽命週期短 採Local Dimming多少會有光暈效應與影像擴散現象 技術開發成本過高,現階段以小尺寸為主
應用產品 手機、電視、筆電、平板.. 電視、筆電 手機、電視、筆電、平板 手機、電視、筆電、平板、車載... 穿戴式裝置、PID、HUD、次世代顯示器
 

量子點QD材料粒徑量測技術方法有哪些?


測量量子點,主要是藉由控制粒徑大小來改變放光的波長,粒徑的監控在材料處理的時候尤為重要。一般在監控奈米粒徑大小以TEM及DLS為主:
  • TEM : 能直接看到粒子大小,但是量測前處理較為繁瑣,且機台本身價位較高。
  • DLS : 量測較為簡便,但因材料本身會有螢光放出,市面上的他牌動態光散射粒徑機台會受到螢光的影響而無法量測。
量子點粒徑量測方法
大塚電子機台內部構造,能以物理式去除螢光影響,直接量測量子點之粒徑分布。DLS無須任何前處理,能以最貼近原樣品的狀態進行量測,且可以輕易找到凝集體。

量子點QD材料的絕對量子效率|何必屈就PL相對值

配合QE系列量子效率量測系統,內含大塚電子專利6”積分半球,可利用穿透光或反射光,能夠量測不管是外部量子效率或是內部量子效率之絕對值(PL系統為相對值)。可以量測絕對值,何必屈就於相對值?
QE產品頁
 

量子點QD技術應用推薦


過去面板色度量測&LCF的發展,臺灣面板產業最早是透過與日商的技術合作。並在1997年於臺灣國內進行大規模TFT-LCD面板產業投資,2002年臺灣國內也開始了兩兆雙星計畫(兩兆:面板顯示器/半導體)。
在日本技術與臺灣國內政策的推動下,2003年臺灣面板產業開始急速成長。由於當初是透過與日商技術合作的關係,產線所需的設備評估均是比照日本採用的廠商做為導入依據。前製程(CF)所需的色度檢測設備,所採用的為大塚LCF系列。
 

大塚LCF系列說明

隨著面板技術的急速發展與玻璃基板尺寸放大(G1:300mm*400mm ➡️ G10.5:2940mm*3370mm),大塚LCF系列目前也已發展至可對應G10.5的設備。透過日本大塚電子核心技術所研發的光譜儀,與長年累積的檢測經驗,是業界量測面板色度的標準機型。可做到最小2um投光的量測spot,精準對位每一個像素點,可提供客戶具備高度信賴性的量測精度與服務。除了生產線上使用的大型機台,我們也提供實驗室用落地形的LCF可供選擇。

新的QDCF與過去有何不同?

目前臺灣國內針對次世代顯示技術,廣色域式未來評斷顯示器色彩重要的評價項目。目前臺灣業者所採用量子點的色轉換技術,主要分為兩種製程:一種是針對穿戴式裝置(例如:AR)需要超高解析度的EXP製程(曝光顯影);另一種為噴墨塗佈製程(IJP)主要用於PID/車載..等相關產品。
QDCF與傳統CF製程大致相同,前半段同樣為以往的CF製程,後半段才會以IJP塗佈量子點材料於面板上。為了因應面板廠的檢測需求,大塚獨家研發出具備CF與QDCF檢測功能的複合設備,除了具備以往的CF製程檢測需求(RGB色度、OD、透過率)外,同時也搭載了量子點技術的色度/輝度檢測功能。
另外,還能針對未來運用於穿戴式裝置的超高解析度QDCF檢測需求,大塚也有微小化QDCF量測設備進行對應。想了解更多量子點原理技術的應用?不妨就直接到聯絡我們填寫表單,將會有專人為你服務喔!
量子點發光量測量子點濾光片
  QDCF功能 一般CF功能
量測項目 發光體量測 物體色量測
對應基板尺寸 200mm *200 mm (玻璃/晶圓皆可) 200mm *200 mm (玻璃/晶圓皆可)
投光spot 10μm φ(上投光)
*更小尺寸開發中
2μm φ(下投光)
量測光源 Blue LED Halogen
受光spot 20μm 20μm

LCF
 

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