中科纳通: 量子点膜——“视界”因你更精彩

    来源:供稿    发布时间:2018-07-12 14:16    编辑:白露     浏览量:

导读:统计数据显示,2017年全球TV面板的出货数量达2.62亿片,出货面积为1.38亿平方米。2018年,TV市场竞争日趋白热化和焦灼化。以三星和TCL为代表的量子点电视阵营雄心勃勃,LG主导的OLED电视阵营更不甘示弱,两大技术路线的竞争甚嚣尘上。虽然Micro-LED技术尚未

导读:统计数据显示,2017年全球TV面板的出货数量达2.62亿片,出货面积为1.38亿平方米。2018年,TV市场竞争日趋白热化和焦灼化。以三星和TCL为代表的量子点电视阵营雄心勃勃,LG主导的OLED电视阵营更不甘示弱,两大技术路线的竞争甚嚣尘上。虽然Micro-LED技术尚未成熟,但三星在CES展上发布的146寸Micro-LED电视“The Wall”也是赚足了眼球。从一定意义上讲,平板显示产业的战国时代已悄然来临。

从本质上讲,当前量子点电视与OLED电视的竞争仍属于液晶显示与OLED显示的竞争。量子点显示的技术基础有两个层面:电致发光与光致发光。所谓电致发光,就是量子点材料在电场驱动下发出不同颜色的光,基于此可以制备量子点发光二极管(QLED)。QLED的显示原理与OLED类似,然而囿于量子点材料的特性,QLED器件只能通过喷墨打印等湿法工艺来制备,目前在设备、工艺等方面的瓶颈尚未突破,因而QLED真正产业化尚需时日。目前商业化的量子点显示器是基于光致发光原理,属于量子点背光技术(QD-BLU)与液晶显示相结合的产物,即量子点背光液晶显示器(QD-LCD)。

量子点显示发展始末

早在上世纪80年代初,科学家就发现了量子点材料并开始研究其应用。1981年,前苏联科学家Efros和Ekimov就发现了半导体纳米晶的量子尺寸效应。1983年,美国贝尔实验室的Brus首次报道了CdS纳米晶具有尺寸效应等相关的性质,拉开了量子点研究的序幕,虽然“量子点”这一名称是数年后耶鲁大学物理学家马克里德正式赋予的。在以后的数年中,研究者将精力集中于如何制备大小均一的量子点、如何提高量子点的量子效率和稳定性,以及无镉多元量子点材料的研究,这些研究为量子点的商业化应用奠定了基础。时至今日,应用于发光的量子点材料家族逐渐壮大,已经涵盖了硒化镉、磷化铟、钙钛矿等几大体系。

自量子点材料被发现后,人们就开始思考其应用价值,科学家探索了量子点材料在LED、太阳能电池以及生命科学方面的应用。2009年,美国尼克思照明的夏洛特将量子点的涂料涂在蓝光LED上,在实验室中制成了世界上头个量子点LED灯,正式开启了量子点的商业化应用探索。然而量子点照明的商业化并不顺利,价格昂贵、寿命短、产业链不成熟,使得量子点照明的商业化停滞不前。

量子点显示的产业化探索始于本世纪初,由此诞生了QD-Vision(2016年被三星收购)、Nanosys和Nanoco三大量子点巨头。三家的发展各具特色:Nanoco从成立之初就致力于无镉量子点开发及应用;QD-Vision于2013年率先实现了量子点电视,采用的是量子点管技术;与QD-Vision师出同门的Nanosys专利布局深远,是量子点膜的发明者。在量子点背光技术中,先后出现了三种产品形态:On-chip、On-edge和On-surface。On-chip是将量子点油墨涂敷在蓝光芯片上直接做成白 光量子点光源,其好处是量子点粉体用量最少,但其弊端也非常明显,蓝光芯片工作时产生的热量会使量子点的寿命大幅降低,无法达到商业化应用。On-edge方式即为量子点管技术,是将量子点粉体封装在玻璃管中,装配在模组导光板入光侧面。这种方式克服了量子点直接与高温LED接触的问题,寿命大大延长,早期的量子点电视多采用这种方式。然而,这种方式并不适合大规模推广。原因在于量子点管比较脆、很容易破损,且安装在导光板侧面需要额外的空间,必须重新进行产品设计,因而终端用户的阻力很大。Nanosys 与 3 M 联合开发,将量子点材料包覆在两层PET膜之间得到量子点膜,装配时放在导光板或扩散板上面,即所谓的On-surface。量子点膜在空间上远离LED灯,且与当前模组制造工艺兼容度高,因而受到下游厂家的青睐。

量子点膜邂逅LCD:让“视界”更精彩

量子点膜问世之初,并未受到产业界的青睐。原因一,当时价格昂贵,每平米价格高达100多美元,终端厂商无法接受。第二,产品的性能及信赖性有待提高。第三,产业链不成熟,终端厂商对量子点膜产品及如何应用不了解。随着量子点合成及涂布工艺的改善,特别是国内厂商开始涉足量子点膜生产。产品的外观、性能、信赖性以及价格逐步跨过下游厂商的门槛,量子点膜逐渐成为量子点显示厂商的推荐和主流性产品。

当前量子点膜都采用三明治结构:两层水氧阻隔膜中间夹着量子点层。量子点层中含有红色和绿色量子点,蓝光激发产生红光和绿光,与LED自身蓝光复合形成白 光。由于量子点材料发光半峰宽比较窄(通常30nm左右),这意味着与荧光粉LED背光相比,量子点背光的红色和绿色更纯正。依据色度学原理不难理解,RGB三基色光谱的半峰宽越窄,三基色的纯度越高,其显示的色域也更宽。一般采用YAG荧光粉的LCD,色域值只有70%(NTSC),而采用量子点膜的LCD色域值可以达到110%(NTSC),高于目前OLED电视的色域值。因此,无论是要与OLED显示器竞争,还是液晶显示行业内部的竞争,都有必要采用量子点技术提高色域、改善显示效果。

量子点膜可以应用于TV、商业显示器、电子黑板、笔电、PAD、车载显示及手机等领域。以量子点液晶TV为例,其背光结构分为直下式和侧入式。中高端TV通常采用侧入式背光结构,引入量子点膜技术后,其一般结构为“反射片/导光板/量子点膜/BEF/DBEF/上扩散片/液晶cell”。由于要采用蓝光激发,原来的白 光LED灯条需要更换成蓝光LED灯条,一般推荐主波长区间在445-450nm范围内的蓝光LED灯条。量子点液晶显示器的产业链与传统的液晶显示器基本相同,其模组生产工艺也和传统液晶显示器基本一致,主要区别是在模组结构上增加一片量子点膜。采用量子点膜对传统LCD进行性能升级相对比较简单,成本增加也比较低,显示器色域可以达到110%甚至更高,从而以较低的成本实现了显示性能的大幅提升。

中科纳通:量子点膜后起之秀

中科纳通成立于2012年,专注于光电显示领域,努力成为国内光电显示领域电子材料先行者。经过6年的不断探索,现已初步形成“浆”、“胶”“膜”三大产品线,涵盖数十种电子材料产品。产品应用于触控、显示、LED照明、电磁屏 蔽、电热等领域。尤其在显示领域,中科纳通提早布局,开发的产品已应用于面板玻璃减薄、液晶显示模组、OLED硬屏保护以及量子点背光源等场合。

作为一家中科院技术背景的企业,中科纳通在量子点膜开发方面得到了中科院化学所、联想集团的大力支持。中科院化学所及中科纳通技术团队早在2013年就开始关注量子点技术,并开始做相关技术和产品预研。目前,公司已经在量子点油墨开发、量子点膜耐水氧性能、量子点膜新型结构及器件结构改善等方面申请核心专利5项。在量子点粉体方面,中科纳通与国内外厂家采取联合开发等模式,保障了粉体供应的安全和稳定,同时也在积极验证导入无镉量子点。结合不同的应用场景及客户需求,现已开发出QD350、QD155及QD105三大系列产品,产品幅宽可达1200mm,可以支持86寸量子点电视。凭借在量子点材料供应、量子点油墨配方、涂布工艺控制方面的独特优势,我们快速配合客户做定制化开发,产品得到了多家大客户的赞赏和认可。

“纳四海英才,通产业之巅”。中科纳通自成立之日起一直坚守这一理念,致力于成为一家专业的电子材料公司。在显示领域,中科纳通未来三年会加强量子点膜等产品的开发与推广,为液晶模组及终端客户提供高性能的产品和解决方案,助力液晶显示在当前平面显示器激烈的竞争格局中焕发生机、大放异彩。

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