早在1980年，科學家便已發(fā)現(xiàn)了膠體半導體納米晶體 — 即量子點 (QD)，其直徑大小通常只有2 - 10納米 (nm)。目前，這種材料已投入商業(yè)化生產(chǎn)，廣泛應用于包括太陽能電池、光電探測器和LED在內(nèi)的各種薄膜設(shè)備中。QD對平板顯示器 (FPD) 行業(yè)將產(chǎn)生深遠影響，但一切真的會從此改變嗎？

量子力學效應（也稱“限域”效應）導致的色彩可調(diào)性是量子點的諸多優(yōu)勢之一。量子點因其材料組分的不同（例如可包含硒化鎘 (CdSe) 和硫化鋅 (ZnS) 等），還可具有光致發(fā)光或電致發(fā)光特性。

在FPD應用中，QD有望提高效能并降低功耗，增加亮度和色彩飽和度，延長顯示器使用壽命，并降低當前FPD技術(shù)（包括有機發(fā)光二極管 (OLED) 技術(shù)）的成本。OLED技術(shù)盡管十年前便已問世，但一直未能在利潤豐厚的顯示設(shè)備市場中大有作為，主要原因便是其產(chǎn)量低和技術(shù)困難，從而導致成本偏高。

人們普遍認為，QD設(shè)備的問世將會創(chuàng)造一種新的范式，這將終結(jié)液晶顯示器 (LCD) 的市場壟斷地位，并由開發(fā)出的新型低成本的薄膜晶體管 (TFT) 產(chǎn)品取而代之。Touch Display Research是一家獨立的技術(shù)市場調(diào)研和咨詢公司，該公司預測量子點顯示器和照明元件的市場價值到2016年年底將超過20億美元，到2025年將達到106億美元。

QD背光LCD和QLED

QD最直接的應用是LCD背光照明技術(shù)（LED電視）。QD已集成到一種濾膜中，這種濾膜可以插入到LED背光源和LCD面板之間。目前的LCD背光源使用白色LED燈，這種燈實際上是通過在藍色的LED燈上覆蓋一層熒光粉制成，因此效率較低。量子點濾膜允許在背光源中使用純藍色LED燈，因為它可通過吸收和再發(fā)射將一些入射藍光轉(zhuǎn)換為很純的綠光和紅光。因此，LCD面板可接收更豐富的白光，從而擴大了顯示器可再現(xiàn)的色彩范圍（色域）。該QD技術(shù)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是無需對現(xiàn)有的FPD制程作出重大改變，這有助于盡早將該技術(shù)投入實際應用。

QD LED或量子點發(fā)光二極管 (QLED) 顯示器將成為繼OLED顯示器之后的下一代顯示技術(shù)。QLED的結(jié)構(gòu)與OLED設(shè)備非常相似，它們均采用TFT矩陣有源處理每個像素。然而，使用模式化的QD取代標準發(fā)光性聚合物作為發(fā)射層，則具有顯著的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括純色和完全可再現(xiàn)的色彩空間標準（如Adobe RGB），并能夠帶來比最先進的OLED還要高出30 – 40%的發(fā)光效率。QD還可能促成各種尺寸及形狀的透明和超薄顯示器的出現(xiàn)，這是現(xiàn)有技術(shù)無法做到的。

運動控制和位置編碼器

量子點薄膜及類似產(chǎn)品均通過化學工藝大批量制造，這與運動控制無關(guān)。然而，QLED制造工藝將圍繞兩項技術(shù)展開：電流體動力噴墨打印 (e-jet) 技術(shù)和接觸印刷技術(shù)。

封裝QD LED時，需要將不同厚度的多層QD以堆疊形式進行排列，同時還可能涉及其他復雜的幾何形狀，以便能夠得到連續(xù)、高效的整體發(fā)射光譜。E-jet打印是一種分辨率很高的噴墨打印形式，有望用于制造大面積電路、光伏模塊和其他小型光子器件。E-jet打印機的工作原理是通過電場將墨滴從打印頭噴嘴吸出，而不是通過背壓將墨滴擠出，因此可得到納米級尺寸的墨滴。目前的試驗機器采用一個具有多達五個自由度的基板定位平臺、一個Z軸線性平臺和一個轉(zhuǎn)臺，用于控制打印噴嘴的位置，從而實現(xiàn)亞微米級精度的準確噴墨。運動控制系統(tǒng)也可使用光學或磁性編碼器進行粗調(diào)定位，并使用視覺傳感器以納米級精度 (<500 nm) 對伺服控制器進行調(diào)準。

不過，QLED顯示器選擇的方法可能是接觸印刷，因為這種技術(shù)具有速度較高和成本較低的固有特性。這種貼裝技術(shù)采用彈性壓印模進行轉(zhuǎn)印，可制造分辨率高達每英寸2460個紅-綠-藍像素點 (PPI) 的顯示器。目前有三種基本的轉(zhuǎn)印“模式”，其中一種被稱為“確定性組裝 (Deterministic Assembly)”的技術(shù) — 直接將QD結(jié)構(gòu)從供體基板轉(zhuǎn)印至受體基板 — 最適合實際應用。預計當前的小規(guī)模QD接觸印刷工藝，將通過重復校準轉(zhuǎn)印技術(shù)逐步擴大印刷面積，而這是大批量生產(chǎn)的一個關(guān)鍵。QD檢索和印刷過程取決于對印模施加的正交力和印模速度。印模與基板的接觸面的調(diào)準和定位精度必須達到微米級，并且可重復覆蓋精度必須<500 nm，這些都是該技術(shù)要求達到的特性。在這種情況下，考慮到接觸印刷工藝在微米和納米級元件制造領(lǐng)域的廣泛應用前景，我們可以判斷，用于運動控制的精密增量式光柵系統(tǒng)的未來銷售狀況比較樂觀。現(xiàn)有的高效自動化轉(zhuǎn)印系統(tǒng)大多數(shù)包含X、Y和Z軸線性平臺，以及附加的移動/傾斜平臺，它們共同控制印模元件的操作并確保重復精度。

集成的光學元件和精密負載傳感器可提供壓力反饋和位置感應數(shù)據(jù)，以確定印模和基板之間的適度接觸，從而達到理想的效果。隨著QD納米結(jié)構(gòu)印刷技術(shù)的發(fā)展和普及，這些系統(tǒng)的線性軸和回轉(zhuǎn)軸上將需要更多高性能的光學編碼器。

領(lǐng)先的編碼器解決方案

用于當前FPD制程的大型空氣軸承平臺，其典型運動誤差小于10微米或10角秒。顯然，需要對其性能做出改進，方可滿足未來QD設(shè)備/納米制造技術(shù)對運動控制精度的需求。增量式光柵 — 例如雷尼紹緊湊型TONiC™系列光柵 — 是用于需要最高精度的伺服反饋的最佳解決方案。

QD應用的精密直驅(qū)平臺使用集成編碼器來實現(xiàn)速度/位置控制、轉(zhuǎn)矩控制和換相。應根據(jù)速度和位置控制要求以及電機類型，來選擇最適合某一運動控制應用的編碼器。

為了確保非常精確的定位控制和平穩(wěn)的速度控制，平臺需要較高的伺服剛性（通過較高控制器增益和較大帶寬來實現(xiàn)），以最大限度地減少位置校正時間（一種被稱為臨界阻尼的狀態(tài)）。穩(wěn)定狀態(tài)下的速度誤差由編碼器輸出誤差引起，這種誤差會被控制增益放大并作為真實電流流向驅(qū)動器，從而造成感應發(fā)熱和伺服控制問題。最終，控制性能與編碼器精度之間具有了一定的關(guān)系，因此高增益需要高分辨率和高精度來消除速度（轉(zhuǎn)矩）誤差的連鎖效應。

設(shè)計人員在尋找最佳的伺服控制性能解決方案時，要求編碼器具備如下特點：帶有精細細分、周期誤差低、信號噪音（抖動）小、封裝尺寸小，以及具有可選的模擬/數(shù)字輸出功能。雷尼紹的TONiC光柵具備低至±0.51 nm RMS的低信號抖動，周期誤差僅±30 nm，是同類產(chǎn)品中最低的。顯然，先進的光柵對未來納米制造技術(shù)的發(fā)展起著十分重要的作用。

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