顯示技術之量子點顯示解決方案

什麼是量子點顯示？

量子點（QD）顯示器是使用螢光半導體納米晶體（也稱為 量子點）作為面板架構的一部分來產生單色光以提供可調原色並提高屏幕效率和性能的裝置。

這可以通過兩種基本方式實現：

00001.光致發光（PL）- 其中量子點由光源激活，例如在LED背光液晶顯示器中，量子點由藍背光激活。

00002.電致發光（EL）- 其中量子點嵌入每個像素中並通過電流激活和控制。

量子點顯示器提供一系列優勢，包括：

·高動態範圍（HDR）支持，因為它們具有高峰值亮度特性

·由於出色的色彩飽和度和寬色域輸出，能夠實現最接近BT 2020色彩空間

·低功耗和提高效率

·能夠最大化色彩體積和對比度，以獲得最佳觀看體驗

I.光致發光QD顯示器（QD-PL）

現在流行的技術在其光致發光（PL）模式，QD粒子的光發射由LED背光觸發。這些顯示器稱為QD-PL型顯示器。

有許多方法可以實現量子點光致發光QD-PL：

1.晶片內部（in-chip）

2.晶片上面（on-chip）

3.表面（on-panel or on-surface）

a、量子點薄膜（QDEF）

b、量子點玻璃導光板（QDOG）

4.面板內部（in-panel）

即量子點彩色濾光片（QDCF）

1、晶片內部（QD in-chip）

QD技術最初的應用方法之一是將量子點嵌入晶片中。該技術從未投入量產，因為量子點距離LED晶片太近，會暴露在超過200 C的高溫下，這直接影響QD的穩定性和可靠性。雖然晶片內方法是最經濟高效的，但高溫會損害量子點的性能。一些公司在研發耐高溫的QD技術，可承受高達260 C的溫度，目標是徵服照明業。這種方案的另一個挑戰是容易被水和溼氣損壞的量子點與樹脂之間的相容性，相容性不好會導致所謂的中毒效應和QD聚集。

2、晶片上面（QD on-chip）

在顯示面板內安排量子點的另一種方法是在晶片上，其中QD被放置在圓柱形QD-聚合物複合材料中 - 被稱為「量子軌」 。在這種情況下，即使採用封裝工藝和背光重新設計，量子點仍然太靠近熱源以維持性能。QD在此位置仍距離LED封裝太近，溫度可達到100 C。索尼在其2013年推出的QD電視中使用了這項技術。產品在第二年就被召回了，很可能是因為耐熱性差。

圖片來源：三星顯示器公司

3、表面（on-panel or on-surface）a、量子點薄膜（QDEF）

當前市面上大部分QD電視都使用量子點薄膜（QDEF）。量子點薄膜是三明治結構，上下兩層為水氧阻隔膜，中間為量子點聚合物薄膜。量子點薄膜放置在導光板上面，從而遠離LED封裝，讓QD所處的環境溫度下降。量子點薄膜裡面包含紅色和綠色QD，其原理為背光模組中的藍光LED發出藍光，藍光經過量子點薄膜時，一部分藍光被紅色量子點轉換成紅光，一部分藍光被綠色量子點轉換成綠光，未被轉換的藍光和量子點發出的綠光、紅光一起組成白光，成為液晶顯示屏的背光源。

通過將QD顆粒放置遠離光源，消除了熱暴露的風險。然而，這種方法需要大量的量子點顆粒，這決定了相對高的製造成本。

b、量子點玻璃導光板（QDOG）

量子點玻璃導光板是在玻璃光導板的表面塗布量子點聚合物塗層。這種方案不僅提供了QDEF的優點，同時避免了設計間隙，可以實現厚度小於5 mm的。QDOG方案雖然省去了兩張價格昂貴的水氧阻隔膜，但是增加了價格昂貴的玻璃導光板，目前的成本較QDEF高。

圖片來源：三星顯示器公司

4、面板內部（in-panel）量子點彩色濾光片（QDCF或稱QDCC）

量子點顯示應用的最新發展之一是QD彩色濾光片（QDCC），其中量子點粒子被分散在光刻膠中，然後被圖案化以替換子像素中的有色染料。量子點彩色濾光片中的每個像素點由3個次像素點構成，分別噴墨印刷上紅色量子點、綠色量子點和擴散粒子。基本原理如圖所示，在藍背光的激發下，量子點彩色濾光片可發出色純度非常高的三原色，從而提升顯示色域。與傳統濾色器模型的不同之處在於量子點的作用類似於有源元件，QDCC在轉換通過它的光，而不是阻擋光。

a、QDCC-LCD

QDCC-LCD優勢：

·更寬的視角，因為QD被放置得更靠近屏幕並且它們在所有方向上發光

·更廣泛的色域，因為量子點發出純淨的可調光

·更薄的顯示，因為QDCF面板的組件更少

·電源效率和亮度可以提高兩倍以上，因為量子點比傳統的彩色濾光片通過更多的光

b、QDCC-OLED

QD-OLED最終可能幫助解決幾十年來生產大屏幕OLED電視面板的問題，而不會失去色彩性能。今天的OLED電視實際為WOLED電視，依賴數十層來產生白色光源，然後將其過濾成紅色、綠色、藍色和白色，與之不同的是，QD-OLED需要更少的層數，其結果是降低了材料成本，提高了製造業的生產能力。由於QDCC依賴量子點在亞像素處將藍色光源轉換成非常銳利的綠色和紅色，因此可以覆蓋更寬的色域。

QD-OLED的優勢：

·完美的黑色和對比度

·更寬的視角

·完美的色彩表現：純RGB顏色，沒有白色亞像素

·簡化了顯示結構，減少了材料層數

·電源效率和亮度可以提高兩倍以上，因為量子點比傳統的彩色濾光片通過更多的光

c、QDCC-MicroLED

量子點可以通過降低製造複雜度來改進MicroLED顯示器，從而有可能讓這一令人興奮的新技術更快進入市場。通過將像素化的紅色和綠色量子點與藍色微LED光源結合起來，QDCC-MicroLED可以立即緩解由數百萬紅、綠和藍微發光二極體製成的微LED顯示器的高複雜性和低產量。

QDCC-MicroLED的優勢：

·完美的黑色和對比度

·完美的視角

·只需要大量轉移藍色微發光二極體，簡化了製造過程，大大提高產量和良率

II.電致發光QD顯示器（QD-EL）

量子點利用的電致發光方法是基於每個像素中的量子點，通過電流使其發光。這些顯示器稱為QD-EL型顯示器。

圖片來源：三星顯示器公司

當採用這種電致發光機制時，量子點材料被放置在陽極和陰極之間，每個子像素包含紅色，綠色和藍色QD。

圖片來源：三星顯示器公司

這種方法提供了很多好處：

·非常寬的色域- 因為量子點在窄光譜中發光並且可以很好地調節

·高對比度- 因為每個像素都可以獨立控制

·低功耗時的高亮度- 無需背光，無液晶層，無需濾色器

·超高解析度

·不會燒屏，因為沒有用有機材料

·設計靈活性- 由於沒有背光，這種機制使該技術可用於靈活，可摺疊，可捲曲和透明的顯示器

·與OLED相比，製造成本更低 - QD的圖案化使用噴墨印刷的設備，而不是使用昂貴且緩慢的蒸發設備

不過這項新技術帶來了一系列挑戰，要實現這種方案還需要較長一段時間。

總而言之，以下是量子點技術的路線圖：

圖片來源：三星顯示器公司

量子點膜塗布膠

量子點膜

量子點膜是目前量子點顯示商業化最成熟的產品，市面上大部分的量子點電視和顯示設備均採用量子點膜。量子點膜採用「三明治」結構，在量子點層的上下兩個表面覆蓋有水氧阻隔膜，如下圖所示。產品應用於液晶顯示屏的背光模組中，放置在導光板（或直下式中擴散板）上方，與藍光LED組合能夠產生擁有尖銳峰形的紅綠藍光源，能有效提升液晶顯示器的色域，可廣泛應用於電視、顯示器、平板和手機等終端產品。

普通液晶顯示器採用普通白光LED作為背光源，其光譜在紅綠波段互相干擾，如下圖所示，經過濾色片後，RGB三色的半峰寬很寬，這使得液晶顯示器的色純度低，色域也偏低，一般在75%NTSC左右。量子點膜的基本原理是背光模組中的藍光LED發出藍光，藍光經過量子點膜時，部分藍光被量子點轉換成綠光和紅光，未被轉換的藍光和量子點發出的綠光、紅光一起組成白光，成為液晶顯示屏的光源，其光譜在紅綠藍三色的半峰寬非常窄，如下圖所示，經過濾光片後出射的R、G和B三色的半峰寬也很窄，顯示器的單色色純度非常高。

因此，量子點色膜可以使液晶顯示屏的色域從目前的75%NTSC左右提高到最高130%NTSC。

量子點塗布膠量子點薄膜的製造採用塗布的方法，先將紅色量子點和綠色量子點按照一定的比例與塗布膠混合均勻得到量子點塗布膠，然後通過大型塗布機將量子點塗布膠均勻塗布在兩片高阻隔膜的中間。因此，量子點塗布膠是整個量子點薄膜技術的核心，它與量子點薄膜的亮度、色域和耐老化性能直接相關。廈門玻爾科技在高性能量子點材料的設計、合成和批量化生產領域，是國內同業領先企業，同時結合團隊豐富的樹脂膠水配方設計經驗，根據市場需求，開發出兩類量子點塗布膠：光固化和熱固化類型，產品特性和參數如下表所示：

1、光固化量子點塗布膠

2、熱固化量子點塗布膠

目前市場上，量子點薄膜的塗布膠解決方案均為UV光固化方案，由於UV光固化膠中光引發劑與量子點的兼容性很差，使得量子點在此種塗布膠中的最大分散量很低，為了能夠將足夠的藍光轉化為紅光和綠光，必須提高量子點薄膜中量子點塗層的厚度，厚度一般為80~100微米左右。由於採用UV光固化方案的量子點薄膜生產流程為塗布——複合——UV光固化，與一般光學膜的塗布流程不同，所以光學膜生產廠商需要對原有設備進行改造或者重新訂購設備，阻力較大。

玻爾科技針對光學膜生產廠商的要求，開發出熱固化解決方案，該方案的生產流程為塗布——固化——複合，因此光學膜生產廠家無須新購設備，即可迅速切入量子點薄膜市場。該解決方案採用熱固化膠作為量子點材料的分散膠，可以極大提高量子點在膠水中的最大分散量，因此可以將薄膜的厚度降低到僅18微米，因此也非常有利於生產適用於手機的超薄量子點薄膜（總厚度小於70微米厚度）。

產品特點和參數如下：

本文來源於微信公眾號：顯示世界

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