LED光源 量子點(diǎn)螢光粉成搶占商機(jī)關(guān)鍵利器
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量子點(diǎn)(QuantumDot)螢光粉將成為新一代發(fā)光二極體(LED)光源設(shè)計(jì)關(guān)鍵材料製高點項目。LED業(yè)者為強(qiáng)化光源演色性與廣色域效能，正全力開發(fā)量子點(diǎn)螢光粉技術(shù),借此打造最理想的LED光源經過，并加速取代傳統(tǒng)日光燈與白熾燈泡簡單化，擴(kuò)大LED照明商機(jī)。
隨著發(fā)光二極體(LED)光源已逐漸被社會(huì)大眾所接受明確了方向，傳統(tǒng)的背光光源像冷陰極管(CCFL)系統性，以及照明光源如日光燈或白熾燈泡，由于顏色單產提升、環(huán)保及耗電的問題早已被詬病許久傳遞，已開始逐漸退出市場(chǎng)舞臺(tái)。在固態(tài)半導(dǎo)體照明出現(xiàn)后勞動精神，背光及照明產(chǎn)業(yè)正出現(xiàn)重大改變開展攻關合作，其改善原有光源的缺點(diǎn)，也改變了使用者的使用習(xí)慣預下達，因?yàn)長(zhǎng)ED光源是屬于半導(dǎo)體光源的一種的有效手段，所以在顏色和一些光電特性上和原有的光源不同，也因?yàn)檫@些特性的不同方案，造成了LED光源在設(shè)計(jì)上必須做一些改變關鍵技術，來配合和原有背光和照明的應(yīng)用。
舉例來說深入，一個(gè)理想的LED光源會(huì)有三種特性技術研究；首先是發(fā)光效率好，即亮度高且不需要額外的散熱開展研究；其次是顏色適合各式應(yīng)用姿勢，即光源的顏色不需要為了照明或背光的應(yīng)用而去調(diào)整各式的應(yīng)用；最后則是價(jià)格要便宜搖籃，由于燈源在整體系統(tǒng)中只占成本的10%技術，光源如果價(jià)格過高將無法加速市場(chǎng)商用化推廣開來。
然而推動，所謂的理想光源并不存在于現(xiàn)實(shí)生活中，例如背光產(chǎn)業(yè)電視背光大多是使用色溫9資源配置，000K的光源信息，CIE色度座標(biāo)為(X相關，Y0.27，0.28)豐富內涵，而監(jiān)視器背光大多是使用色溫6生產效率，500K的光源，CIE色度座標(biāo)為(X適應性，Y0.33節點，0.32)，主要的原因是因?yàn)槊姘宓牟噬珵V光片決定了光源的顏色落地生根，不同應(yīng)用產(chǎn)品的面板使用的彩色濾光片也不會(huì)相同的特點，而彩色濾光片的厚度及間隔是依據(jù)產(chǎn)品的畫素來決定，也因?yàn)楦鼊?dòng)彩色濾光片會(huì)牽涉到應(yīng)用產(chǎn)品及面板制程的設(shè)計(jì)有效保障，且開光罩的費(fèi)用也相對(duì)較高大數據，換言之，面板廠較不會(huì)為了背光源的特性而更改彩色濾光片的制程講實踐，于是就有很多業(yè)者在研究如何找出一種可適合各種光源顏色特性的解決案數字技術。
兼具高演色性與廣色域量子點(diǎn)螢光粉鋒頭健
首先要先了解顯示器廣色域?qū)τ诠庠吹囊笫羌t、綠與藍(lán)色純度要高市場開拓，也就是半高全寬(FullWidthofHalfMagnitude措施，F(xiàn)WHM)要窄，希望在CIE的圖線上將三角形所圍成的面積拉得越大越好各項要求，此種光源適合背光使用更高要求。
照明對(duì)于光源的要求，主要是要求連續(xù)光譜新技術，符合黑體曲線共同學習，人類最佳的照明光源是太陽光，而最接近太陽光源的是鎢絲燈光源深入，因其也是自發(fā)熱產(chǎn)生連續(xù)光譜效高。但若從背光和照明應(yīng)用所需求的光源特性來看，基本上是與太陽光背道而馳全會精神，因此若要符合背光的要求系統穩定性，色純度(Purity)越高的光源就不可能會(huì)有連續(xù)的光譜，這也就代表LED要應(yīng)用在背光或是照明的產(chǎn)業(yè)中集中展示，無法使用同一種顏色的規(guī)格去應(yīng)用在不同的產(chǎn)業(yè)實力增強，必須在顏色特性上做不同的調(diào)整，這也間接造成了產(chǎn)品多樣化探索創新，使得規(guī)格無法統(tǒng)一的問題帶來全新智能。
這世界上是否有完美光源可同時(shí)適合高演色性(CRI)及廣色域呢？首先須先了解哪些光源或方法可以達(dá)到高演色性或廣色域新產品。背光應(yīng)用達(dá)到廣色域的方法通常有幾種做法去完善，不過不外乎從背光源或是彩色濾光片著手橋梁作用；其中在背光源的部分，只要把色純度做得越好求索，則越適合背光廣色域應(yīng)用讓人糾結，色純度用以輔助主波長(zhǎng)之顏色描述，以百分比計(jì)穩定發展，定義為待測(cè)件色度座標(biāo)F1與白光點(diǎn)之色度座標(biāo)W(0.33基石之一，0.33)之直線距離與白光點(diǎn)W座標(biāo)至該待測(cè)件主波長(zhǎng)D點(diǎn)之光譜軌跡色度座標(biāo)距離的百分比，純度愈高增持能力，代表待測(cè)件的色度座標(biāo)愈接近其該主波長(zhǎng)的光譜色模樣，所以像LED、雷射單色光之光源服務、有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)或是量子點(diǎn)(QuantumDot)螢光粉都可以達(dá)到廣色域的目標(biāo)很重要，不過考慮到價(jià)格和實(shí)際量產(chǎn)性的問題，現(xiàn)在業(yè)界卻是以LED激發(fā)螢光粉來達(dá)到廣色域的目標(biāo)覆蓋。
利用LED激發(fā)螢光粉達(dá)到廣色域的方式有很多種異常狀況，例如使用紅、綠高效、藍(lán)光LED當(dāng)成背光源應用創新，NTSC可達(dá)到100%，但是價(jià)格昂貴機構；使用藍(lán)光LED當(dāng)成背光源的特性，加上黃色螢光粉，NTSC約可達(dá)到70%基礎，價(jià)格較便宜信息化；使用藍(lán)光LED當(dāng)成背光源，加上紅色螢光粉實踐者，NTSC約可達(dá)到85%取得明顯成效，但紅色螢光粉的可靠度是一大問題；使用藍(lán)光LED當(dāng)成背光源數據，加上紅色及綠色螢光粉創新的技術，NTSC約可達(dá)到90~100%，但紅色螢光粉的可靠度一樣不夠高顯著；使用藍(lán)光LED當(dāng)成背光源快速增長，加上量子點(diǎn)螢光粉，NTSC則約可達(dá)到100%占，但量子點(diǎn)螢光粉價(jià)格昂貴高質量。
另一種方法是調(diào)整彩色濾光片的色阻厚度或是材料，但是這個(gè)部分相對(duì)于更換背光源來說相對(duì)困難動手能力，主要原因是面板廠在設(shè)計(jì)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的彩色濾光片時(shí)逐步改善，通常會(huì)先考慮到產(chǎn)品共用性，現(xiàn)在很多面板廠都將彩色濾光片的制程拉進(jìn)面板廠里生產(chǎn)提升，等于是面板制造時(shí)的一個(gè)制程大大提高，而LED光源大部分是向外界廠商購買，而且當(dāng)面板尺寸越大的時(shí)候研究成果，彩色濾光片的光罩越貴取得了一定進展，有些甚至可以達(dá)到千萬以上，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上會(huì)以光源來搭配現(xiàn)有面板加上彩色濾光片的色阻大面積，
事實(shí)上積極參與，照明應(yīng)所需要的光源特性和背光完全相反，因此照明應(yīng)用希望盡量模擬太陽光培養，演色性要求要和太陽光相同交流研討。太陽光的光譜為一個(gè)連續(xù)性的光譜，其中包含了所有波長(zhǎng)形式，傳統(tǒng)光源中最近似于太陽光的是鎢絲燈光源建設應用，鎢絲燈的發(fā)光原理是高溫所產(chǎn)生的熱輻射而產(chǎn)生可見光波長(zhǎng)，所以和太陽光一樣是有著連續(xù)性的波長(zhǎng)光譜日漸深入。
搶攻顯示/照明應(yīng)用商機(jī)量子點(diǎn)螢光粉成關(guān)鍵利器
然而動力，除了熱輻射外，還有什么方法可達(dá)成LED光源具備高演色性可靠保障？演色性的計(jì)算使用的色度座標(biāo)為CIE1964WUV色度座標(biāo)自然條件，須求出標(biāo)準(zhǔn)樣品在待測(cè)光源照明下的色度座標(biāo)，接著再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測(cè)樣品進(jìn)行色度點(diǎn)的運(yùn)算開展，再計(jì)算兩色點(diǎn)的色差值互動互補。一般來說測(cè)試演色性須使用十四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)演色性樣品，前八種是顏色較不鮮艷的中性色彩意向，用來測(cè)驗(yàn)光源是否可以展現(xiàn)物體的一般色成就，而編號(hào)九到十二則分別是高飽和的紅、黃開展面對面、綠系統、藍(lán)四種顏色，用來評(píng)量光源是否可顯示具鮮艷色彩的物體進一步提升，第十三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色樣品是皮膚的顏色空間廣闊，而最后一個(gè)則是一般樹葉的顏色，最后取十四個(gè)計(jì)算演色性的平均值即為待測(cè)樣品的演色性改革創新。所以知識和技能，若是要得到高演色性則必須具有這十四個(gè)波長(zhǎng)的特性，也就是最好具有連續(xù)性的波長(zhǎng)新模式，且FWHM要寬實現。
現(xiàn)有的LED加上螢光粉因?yàn)榧夹g(shù)成熟不容忽視，且價(jià)格便宜，因此業(yè)界正大量使用服務體系，同時(shí)也是現(xiàn)今顯示器光源和照明光源的主流說服力，但是量子點(diǎn)螢光粉同時(shí)也是各家廠商重點(diǎn)研究的方向，量子點(diǎn)螢光粉主要的材料是硒化鎘(CdSe)或是硫化鋅(ZnS)分析，原理是將螢光粉大小縮小到奈米(nm)等級(jí)表示，藉由控制不同的螢光粉粒徑大小來控制所激發(fā)的波長(zhǎng)。
2012年Nanosys和3M合作提出了一個(gè)增加現(xiàn)有顯示器色域的方法非常激烈，在現(xiàn)有的顯示器表面外加上一層量子點(diǎn)螢光粉膜競爭力所在，這樣的設(shè)計(jì)在成本上并沒有增加太多，但卻可以達(dá)到WideColorGamut(WCG)的效果領域。Nanosys將這種產(chǎn)品叫做QuantumDotEnhancementFilm(QDEF)溝通機製，但是因?yàn)榱孔狱c(diǎn)螢光粉和PET材料混合射出成薄膜，仍然會(huì)被外界溫度和濕氣所影響註入新的動力，導(dǎo)致整體可靠度和效率不如預(yù)期實現了超越，給人有叫好不叫座的感覺，無法達(dá)到實(shí)際產(chǎn)品量產(chǎn)水準(zhǔn)新型儲能。
接下來創新能力，索尼(Sony)在2013年美國消費(fèi)性電子展(CES)中展出了新一代的顯示器，擁有4K×2K的高解析度範圍，高反應(yīng)速度及高色彩飽和度求得平衡。索尼新一代顯示器也是使用量子點(diǎn)螢光粉技術(shù)，其結(jié)構(gòu)是在一個(gè)扁平型的玻璃管中涂滿量子點(diǎn)螢光粉空間廣闊，光源仍是使用藍(lán)光LED光源至關重要，其中量子點(diǎn)螢光粉主要成分是硒化鎘，供應(yīng)商為QDVision服務品質；玻璃管供應(yīng)商為隆達(dá)電子的發生，由背光模組廠負(fù)責(zé)組裝，這樣的產(chǎn)品可達(dá)到廣色域的效果及成本的優(yōu)勢(shì)影響，并避免原本量子點(diǎn)螢光粉對(duì)于環(huán)境濕度及溫度影響發(fā)光效率及壽命的不良因素新的動力。另外，因?yàn)椴ＡЧ苤谐檎婵瞻l展契機，雖然增加了制程上的難度廣泛關註，但是對(duì)于可靠度可提升約50%，效能提升約10%發力，索尼這種55寸電視販?zhǔn)鄣膬r(jià)格約在3優勢領先，000～3，500美元之間，屬于高階機(jī)種推動並實現。圖1是使用量子點(diǎn)螢光粉的光源和螢光粉背光源的差距薄弱點，可以看到若是相同NTSC下，使用量子點(diǎn)螢光粉的背光源發(fā)光效率是一般螢光粉的1.18倍優化程度。
在照明部分積極性，量子點(diǎn)螢光粉同樣的也很容易達(dá)到高演色性的效果，只是因?yàn)榱孔狱c(diǎn)螢光粉的價(jià)格過高取得明顯成效，到現(xiàn)在還沒有普及，不過只要可均勻的控制不同粒徑大小量子點(diǎn)螢光粉的分布數據，就有機(jī)會(huì)做到高演色性的理想光源創新的技術。
LED加上量子點(diǎn)螢光粉有可能變成理想光源的一種。未來量子點(diǎn)螢光粉改善的重點(diǎn)有三大項(xiàng)顯著，首先是結(jié)構(gòu)改善快速增長，現(xiàn)有量子點(diǎn)螢光粉基本上為ZnO及GaO兩種，其轉(zhuǎn)換效率最好性能。第二是制程改善初步建立，目前既然不能改善量子點(diǎn)螢光粉的結(jié)構(gòu)，那就利用制程來做改善供給，所以才會(huì)有將量子點(diǎn)螢光粉混入光學(xué)薄膜(OpticalFilm)中和封在玻璃燈管中的想法的方法，這些想法主要是為了將量子點(diǎn)螢光粉遠(yuǎn)離熱源及避免環(huán)境水氣和溫度影響，未來將量子點(diǎn)螢光粉結(jié)合燈具設(shè)計(jì)也是一種很好的想法進行探討。第三是節(jié)省用量落到實處，量子點(diǎn)螢光粉的價(jià)格非常昂貴，10公克約新臺(tái)幣1萬元最新，基本上比黃金還貴技術創新，所以在制程改善上皆以節(jié)省用量為主。
綜觀所述重要作用，2013年會(huì)量子點(diǎn)螢光粉會(huì)因?yàn)楦骷覐S商的研究持續向好，而逐漸由顯示器的背光源普及到照明光源的應(yīng)用，藉此強(qiáng)化LED光源的演色性與廣色域充足，產(chǎn)業(yè)界亦相信此一技術(shù)會(huì)因持續(xù)改善而獲得市場(chǎng)普及進展情況，并擴(kuò)大LED市場(chǎng)商機(jī)。
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