三分鐘了解量子點膜

2020-12-04 斯爾雲sieryun

一 量子點概念及原理

量子點:(quantum dot)其實是一種納米級別的半導體,通過對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓,它們便會發出特定頻率的光,而發出的光的頻率會隨著這種半導體的尺寸的改變而變化,因而通過調節這種納米半導體的尺寸就可以控制其發出的光的顏色,由於這種納米半導體擁有限制電子和電子空穴(Electron hole)的特性,這一特性類似於自然界中的原子或分子,因而被稱為量子點。

其光學原理

越是小的量子點就能生成越短的波長,越是大的量子點就能生成越長的波長;通過交換藍色LED發出的光的波長,可得到所希望的光的波長;單個的量子點通過吸收短波長的光,放射出比較長波長的窄光譜光;通過製備併集齊大小一樣的量子點,可獲得色純度高,光譜銳利的發光粉紅色,可實現並提高顏色的再現性,降低電力消耗。

二 量子點技術應用情況

量子點技術可令LCD(液晶顯示)在寬廣的顏色領域得以實現,是4K級別畫面信息的理想技術。可大幅提升畫面影像的顏色再現性,色彩度,整體的明亮度等,與早期的LCD相比,顏色顯示能力高出50%的優越度;與 OLED相比,具備同等以上的顏色再現能力。

量子點電視顯示原理

產品特性

量子點,又可稱為納米晶,是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點的粒徑一般介於1~10nm之間,由於電子和空穴被量子限域,連續的能帶結構變成具有分子特性的分立能級結構,對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓,它們便會發出特定頻率的光。而發出的光的頻率會隨著這種半導體的尺寸的改變而變化,因而通過調節這種納米半導體的尺寸就可以控制其發出的光的顏色,得到高質量的純正單色光。

有別於傳統液晶顯示的是,量子點顯示以藍光LED為光源,量子點薄膜在藍光激發下會激發出純正的綠光和紅光,進而混合藍光形成高質量的白光,這種特殊的納米技術實現了顯示器的高色域覆蓋,還原了色彩。

產品優點

量子點薄膜的優勢可以概括為「高、純、穩」三大方面。

「高」就是色域高,在NTSC標準下,普通LED電視的色域只有72%、第一代高色域電視只有82%、OLED顯示能達到100%,而量子點電視色域覆蓋率卻高達110%;

「純」就是顏色純,色彩純淨度比普通LED提升50%以上,精準呈現自然色彩;

「穩」就是性能穩定,薄膜的壽命長,穩定的無機納米材料的量子點能夠保證色彩恆久不褪色,色彩持久穩定可達60000小時。

因此,各大液晶顯示廠商開始採用該技術。

索尼:在2013年6月銷售的液晶電視中使用此技術。

亞馬遜:2013年10月銷售的電子書「KindleFireHDX」裡使用。

蘋果:在2014年2月公開發表量子點技術方面的專利。

LG:在2015年1月發表了對應4K技術的電視產品。

三星電子:在2015年1月發表了新型電視「SUHD電視機」。

TCL、海信集團(Hisense):在2014年9月發布量子點電視機。

三 什麼是量子點膜

量子點膜:將量子點分散在樹脂材料上,分散並進行膜片化,用2張水汽高阻隔膜對其進行包夾封裝,形成類似三明治的多層複合結構。

由於量子點粒徑在1~10nm之間,比表面積非常大,導致氧氣和水汽容易對量子點表面產生破壞,導致螢光猝滅。即量子點技術當前面臨的課題:防熱、防氧化、防水。所以,需要採用兩層高阻隔膜和特殊高分子聚合材料包裹量子點來解決這些問題。

防熱對策:採用薄膜形式,與發熱源的LED光源設定必要距離。

防氧化/水對策:採用水汽高阻隔膜進行包夾式封裝。

量子點電視顯示原理

產品特性

量子點,又可稱為納米晶,是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點的粒徑一般介於1~10nm之間,由於電子和空穴被量子限域,連續的能帶結構變成具有分子特性的分立能級結構,對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓,它們便會發出特定頻率的光。而發出的光的頻率會隨著這種半導體的尺寸的改變而變化,因而通過調節這種納米半導體的尺寸就可以控制其發出的光的顏色,得到高質量的純正單色光。

有別於傳統液晶顯示的是,量子點顯示以藍光LED為光源,量子點薄膜在藍光激發下會激發出純正的綠光和紅光,進而混合藍光形成高質量的白光,這種特殊的納米技術實現了顯示器的高色域覆蓋,還原了色彩。

產品優點

量子點薄膜的優勢可以概括為「高、純、穩」三大方面。

「高」就是色域高,在NTSC標準下,普通LED電視的色域只有72%、第一代高色域電視只有82%、OLED顯示能達到100%,而量子點電視色域覆蓋率卻高達110%;

「純」就是顏色純,色彩純淨度比普通LED提升50%以上,精準呈現自然色彩;

「穩」就是性能穩定,薄膜的壽命長,穩定的無機納米材料的量子點能夠保證色彩恆久不褪色,色彩持久穩定可達60000小時。

因此,各大液晶顯示廠商開始採用該技術。

索尼:在2013年6月銷售的液晶電視中使用此技術。

亞馬遜:2013年10月銷售的電子書「KindleFireHDX」裡使用。

蘋果:在2014年2月公開發表量子點技術方面的專利。

LG:在2015年1月發表了對應4K技術的電視產品。

三星電子:在2015年1月發表了新型電視「SUHD電視機」。

TCL、海信集團(Hisense):在2014年9月發布量子點電視機。

三 什麼是量子點膜

量子點膜:將量子點分散在樹脂材料上,分散並進行膜片化,用2張水汽高阻隔膜對其進行包夾封裝,形成類似三明治的多層複合結構。

由於量子點粒徑在1~10nm之間,比表面積非常大,導致氧氣和水汽容易對量子點表面產生破壞,導致螢光猝滅。即量子點技術當前面臨的課題:防熱、防氧化、防水。所以,需要採用兩層高阻隔膜和特殊高分子聚合材料包裹量子點來解決這些問題。

防熱對策:採用薄膜形式,與發熱源的LED光源設定必要距離。

防氧化/水對策:採用水汽高阻隔膜進行包夾式封裝。

量子點材料由於其特殊的性能對水汽和氧氣的敏感性,從而不得不採用高阻隔薄膜進行結構性封裝,在塗布時不僅要考慮塗層厚度的控制,還要考慮複合成三明治結構以後的總厚度。目前量子點薄膜塗層厚度一般在50-100um左右,這種比較大的塗布量可以採用逗號、輥塗和狹縫等幾種方式。

比較理想的塗布方式是狹縫塗布。狹縫塗布是其操作原理是將流體以一定量泵打入一能將流體均勻展開的模具。它是一個封閉的系統,其次它是通過精密計量泵來對塗布材料進行預先計量。

正是基於這兩點,狹縫塗布方式具有其他塗布所不具備的一些優勢:塗層重量和整體分布更均勻;易於在厚塗層和薄塗層工藝間切換;最大限度地減少了揮發性排放、塗層汙染、原料浪費,以及工作場所混亂程度。

由於塗布精度高,擠出量可以通過精密計量泵體的動力馬達轉速控制,實現一個閉環迴路。在系統張力恆定的情況下,狹縫塗布頭的送膠電機的轉速是量子點膜厚度的函數。通過在線實時檢測量子點膜厚度,經過相關計算,反饋到狹縫塗布頭的送膠電機,通過改變送膠電機轉速,可以精確控制量子點膜厚度。

量子點膜作為一種具有獨特光特性的全新納米材料,可精確高效地將高能量藍光轉換為紅色和綠色光,量子點可以在LCD顯示屏的LED背光上形成一層薄膜,用藍色LED照射就能發出全光譜的光,通過對背光進行精細調節,可以大幅提升色域表現,讓色彩更加鮮明。

量子點顯示技術在色域覆蓋率、色彩控制精確性、紅綠藍色彩純淨度等各個維度已全面升級,被視為全球顯示技術的制高點,也被為影響全球的顯示技術革命。

相比傳統LCD顯示器,量子點顯示屏的色域可以達到110%。

量子點薄膜是以量子點、阻隔性樹脂以及光學級水氧阻隔膜為主要原料,結合高精密塗布技術製作的廣色域特種光學薄膜。

四 未來量子點想要實現反彈將會有三大趨勢:

◤ 趨勢一:量子點增亮複合膜

量子點增亮複合膜性能等同於常規量子點膜及增亮膜複合效果,可提高背光模組良率。

但是目前量子點複合膜還未面世,若未來量子點複合膜開發,三星、激智科技、康得新等公司將在技術能力方面取得一定的優勢。

◤ 趨勢二:無鎘量子點膜

目前量子點膜片分為含鎘和無鎘兩類。

歐盟ROHS標準及國內均出臺規定限制鉛、鎘等有毒有害物質在電子產品中的使用。市場追求環保,無鎘量子點應用將迅速提升。

我國已有相關限制鉛、鎘等有毒有害物質在電子產品中的使用。

◤ 趨勢三:量子點彩膜

彩膜中加入量子點,實現了顏色過濾層到發光層的轉變。量子點彩膜技術的實現,可大幅提高量子點顯示在色域、色彩視角和亮度的表現。

但量子點彩膜在製造過程中也存在著許多技術難點,如:

高溫製備工藝造成發光效率降低

偏光片需內置,以保證激發光線的偏振態

量子點材料封裝問題

三大趨勢裡,無鎘量子點膜已經得到了國內許多企業的認可。

量子點顯示最關鍵的裡程碑,應該是從光致發光走向電致發光,真真正正成為自發光顯示器的QLED,擁有自發光所有的好處(省電、高對比、高反應速度)和量子點無敵色域的天賦。

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