【解析】量子點膜塗布精度工藝控制

2021-01-15 勢銀膜鏈

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十多年來，LCD在電視和移動電子產品市場中佔據主導地位。製造商們專注於不斷降低LCD的製造成本，擴大市場規模，使得它們成為了隨處可見的日用品。


但是自1963年Martin Pope發布第一篇關於有機發光顯示器（OLED）的文章開始，OLED逐漸作為超薄、高色域的平板顯示技術成為研究的熱門。


不過由於成本昂貴，開發技術難度高，成品率低以及有機體的不穩定等因素，離大規模普及還有一段很長的路程。


而量子點顯示在近兩年來可謂是風生水起，在全球彩電大咖的布局下，頗有「長江後浪推前浪」之勢，與OLED顯示同樣定位旗艦高端系列產品，不同的是，量子點顯示是基於獨特的短波長激發納米級特種顆粒的顯示技術，打破了「色域與成本和亮度是矛盾」這一平衡。


浙江大學教授、量子點資深專家彭笑剛教授曾經說過，「量子點有可能是人類有史以來發現的最優秀的發光材料」。


量子點尺寸連續可調，可實現藍色到綠色、到黃色、到橙色、到紅色的發射，色彩精準而且純淨。其色彩效果如果按照最高的BT．2020標準算，蘋果手機也只有50％左右，即有一半的顏色顯示不出來，但量子點可以做到100％的色域。對應於超高清藍光標準高色域的要求，量子點顯示有能力還原我們所能感知的所有顏色。


目前採用量子點膜技術的光致發光技術是目前量子點顯示中成熟可靠的技術。傳統LCD顯示屏只要將背光中白色LED光源更換為藍色LED光源和添加上一層納米量子點的薄膜就可以達到卓越的色彩表達能力。


總的來說，量子點顯示技術的優勢可以概括為「高、純、久」三大方面。


「高」就是色域高，色域覆蓋率達110％NTSC；


「純」就是顏色純，色彩純淨度比普通LED提升約58．3％，精準呈現大自然色彩；


「久」就是色彩久，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。



由於量子點粒徑在1~10nm之間，比表面積非常大，氧氣和水汽容易對量子點表面產生破壞，導致螢光猝滅，因此量子點薄膜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以形成三明治結構。

天鴻科技的量子點膜結構


量子點薄膜結構顯示出最外層是具有光學微納結構的表層，它具有減少牛頓環的支撐作用和增加藍光折返路徑以及均光的三重作用，上下兩層PET是基材層。PET基材內側有隔氧阻水的SiO2塗層。中間的量子點材料層由量子點、高分子聚合物以及其他配方料組成。


量子點薄膜有個其他光學膜沒有的特殊指標——無效邊際，主要是量子點薄膜層在自由空氣中隨著時間的推移索產生的量子點發光失效，該指標在今天強調超窄邊框的大環境下有著特殊意義。


量子點膜的電鏡照片：其中a是全貌，b,c,d是局部圖像


量子點顯示應用中，原本背光模組裡的白光LED換成藍光LED，並沒有藍光量子點，一切的關鍵都在紅光、綠光量子點上。量子點使用約2/3的藍光產生紅光和綠光。



為了使量子點顯示器達到各個性能指標，更準確呈現所表現的色彩，充分發揮量子點顯示的優勢，就需要對量子點層做精細的配方工作，來配合不同機種中的藍色背光模組和液晶panel，以使整體量子點顯示屏達到合適的色坐標。


同時量子點層的厚度均勻度也是影響量子點顯示效果的關鍵指標，所以量子點層厚度的控制就顯得非常重要了。


在量子點膜生產中要保持量子點本身不受外界條件的破壞，保持原有的螢光效率和穩定性，利用阻隔膜生產三明治結構的量子點膜就成為現實條件下的唯一選擇。


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。


逗號塗布，在目前國內加工工藝基礎上針對600mm以下尺寸，刮刀的精度可以保證在1-2um左右，放大到大尺寸量子點薄膜的65英寸需求，在1500mm寬度上的不均勻度會達到5-10um的誤差，這個厚度差會直接影響到色坐標XY的值超出標準範圍，對於客戶要求色坐標誤差不得大於0.5%的公差來說還是太大了。另外量子點膠水易於結塊和沉澱，逗號塗布很難處理掉異物和縱向拉絲的問題。


同樣，輥塗方式也存在多種致命的問題。


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。


量子點膜生產路線圖——


在兩層膜之間灌夾量子點材料聚合物膠時採用狹縫塗布頭。


在兩層薄膜阻隔層之間塗布具有量子點材料聚合物塗料的時候，在保持膠粘度不變的情況下，塗膠量的大小直接影響最終量子點膜的厚度。通過在線測量特徵部位處量子點膜的厚度，反饋到塗膠量，可以建立厚度和塗膠量的閉環響應，從而精確控制量子點膜的厚度。


X射線在線式厚度測試儀


在線測厚監控界面，精度0.01微米@5m/min


控制送膠電機轉速即可控制流經狹縫塗布頭的膠量，進一步精確控制量子點膜厚度


最終產品分段做整長度測量結果統計：（表）


從數據分析，厚度在長度方向有按間隔狀均勻性分布，總體厚度誤差+/- 2um @ 總厚300 um，以及±1um @ 75um，色坐標偏差小於0.2%。


來源：南通天鴻鐳射科技有限公司


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