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  • 三分钟了解量子点膜

    类别:工业技术       2019-11-05 | 394阅读       标签:

    一 量子点概念及原理

    量子点:(quantum dot)其实是一种纳米级别的半导体,通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压,它们便会发出特定频率的光,而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化,因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色,由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴(Electron hole)的特性,这一特性类似于自然界中的原子或分子,因而被称为量子点。

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    其光学原理

    越是小的量子点就能生成越短的波长,越是大的量子点就能生成越长的波长;通过交换蓝色LED发出的光的波长,可得到所希望的光的波长;单个的量子点通过吸收短波长的光,放射出比较长波长的窄光谱光;通过制备并集齐大小一样的量子点,可获得色纯度高,光谱锐利的发光粉红色,可实现并提高颜色的再现性,降低电力消耗。

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    二 量子点技术应用情况

    量子点技术可令LCD(液晶显示)在宽广的颜色领域得以实现,是4K级别画面信息的理想技术。可大幅提升画面影像的颜色再现性,色彩度,整体的明亮度等,与早期的LCD相比,颜色显示能力高出50%的优越度;与 OLED相比,具备同等以上的颜色再现能力。


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    量子点电视显示原理

    产品特性

    量子点,又可称为纳米晶,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1~10nm之间,由于电子和空穴被量子限域,连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构,对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压,它们便会发出特定频率的光。而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化,因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色,得到高质量的纯正单色光。

    有别于传统液晶显示的是,量子点显示以蓝光LED为光源,量子点薄膜在蓝光激发下会激发出纯正的绿光和红光,进而混合蓝光形成高质量的白光,这种特殊的纳米技术实现了显示器的高色域覆盖,还原了色彩。

    产品优点

    量子点薄膜的优势可以概括为“高、纯、稳”三大方面。

    “高”就是色域高,在NTSC标准下,普通LED电视的色域只有72%、第一代高色域电视只有82%、OLED显示能达到100%,而量子点电视色域覆盖率却高达110%;

    “纯”就是颜色纯,色彩纯净度比普通LED提升50%以上,精准呈现自然色彩;

    “稳”就是性能稳定,薄膜的寿命长,稳定的无机纳米材料的量子点能够保证色彩恒久不褪色,色彩持久稳定可达60000小时。

    因此,各大液晶显示厂商开始采用该技术。

    索尼:在2013年6月销售的液晶电视中使用此技术。

    亚马逊:2013年10月销售的电子书「KindleFireHDX」里使用。

    苹果:在2014年2月公开发表量子点技术方面的专利。

    LG:在2015年1月发表了对应4K技术的电视产品。

    三星电子:在2015年1月发表了新型电视「SUHD电视机」。

    TCL、海信集团(Hisense):在2014年9月发布量子点电视机。


    三 什么是量子点膜

    量子点膜:将量子点分散在树脂材料上,分散并进行膜片化,用2张水汽高阻隔膜对其进行包夹封装,形成类似三明治的多层复合结构。

    由于量子点粒径在1~10nm之间,比表面积非常大,导致氧气和水汽容易对量子点表面产生破坏,导致荧光猝灭。即量子点技术当前面临的课题:防热、防氧化、防水。所以,需要采用两层高阻隔膜和特殊高分子聚合材料包裹量子点来解决这些问题。

    防热对策:采用薄膜形式,与发热源的LED光源设定必要距离。

    防氧化/水对策:采用水汽高阻隔膜进行包夹式封装。

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    量子点电视显示原理

    产品特性

    量子点,又可称为纳米晶,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1~10nm之间,由于电子和空穴被量子限域,连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构,对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压,它们便会发出特定频率的光。而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化,因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色,得到高质量的纯正单色光。

     

    有别于传统液晶显示的是,量子点显示以蓝光LED为光源,量子点薄膜在蓝光激发下会激发出纯正的绿光和红光,进而混合蓝光形成高质量的白光,这种特殊的纳米技术实现了显示器的高色域覆盖,还原了色彩。


    产品优点

    量子点薄膜的优势可以概括为“高、纯、稳”三大方面。

    “高”就是色域高,在NTSC标准下,普通LED电视的色域只有72%、第一代高色域电视只有82%、OLED显示能达到100%,而量子点电视色域覆盖率却高达110%;

    “纯”就是颜色纯,色彩纯净度比普通LED提升50%以上,精准呈现自然色彩;

    “稳”就是性能稳定,薄膜的寿命长,稳定的无机纳米材料的量子点能够保证色彩恒久不褪色,色彩持久稳定可达60000小时。

    因此,各大液晶显示厂商开始采用该技术。


    索尼:在2013年6月销售的液晶电视中使用此技术。

    亚马逊:2013年10月销售的电子书「KindleFireHDX」里使用。

    苹果:在2014年2月公开发表量子点技术方面的专利。

    LG:在2015年1月发表了对应4K技术的电视产品。

    三星电子:在2015年1月发表了新型电视「SUHD电视机」。

    TCL、海信集团(Hisense):在2014年9月发布量子点电视机。


    三 什么是量子点膜

    量子点膜:将量子点分散在树脂材料上,分散并进行膜片化,用2张水汽高阻隔膜对其进行包夹封装,形成类似三明治的多层复合结构。


    由于量子点粒径在1~10nm之间,比表面积非常大,导致氧气和水汽容易对量子点表面产生破坏,导致荧光猝灭。即量子点技术当前面临的课题:防热、防氧化、防水。所以,需要采用两层高阻隔膜和特殊高分子聚合材料包裹量子点来解决这些问题。

    防热对策:采用薄膜形式,与发热源的LED光源设定必要距离。

    防氧化/水对策:采用水汽高阻隔膜进行包夹式封装。

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    量子点材料由于其特殊的性能对水汽和氧气的敏感性,从而不得不采用高阻隔薄膜进行结构性封装,在涂布时不仅要考虑涂层厚度的控制,还要考虑复合成三明治结构以后的总厚度。目前量子点薄膜涂层厚度一般在50-100um左右,这种比较大的涂布量可以采用逗号、辊涂和狭缝等几种方式。


    比较理想的涂布方式是狭缝涂布。狭缝涂布是其操作原理是将流体以一定量泵打入一能将流体均匀展开的模具。它是一个封闭的系统,其次它是通过精密计量泵来对涂布材料进行预先计量。


    正是基于这两点,狭缝涂布方式具有其他涂布所不具备的一些优势:涂层重量和整体分布更均匀;易于在厚涂层和薄涂层工艺间切换;最大限度地减少了挥发性排放、涂层污染、原料浪费,以及工作场所混乱程度。


    由于涂布精度高,挤出量可以通过精密计量泵体的动力马达转速控制,实现一个闭环回路。在系统张力恒定的情况下,狭缝涂布头的送胶电机的转速是量子点膜厚度的函数。通过在线实时检测量子点膜厚度,经过相关计算,反馈到狭缝涂布头的送胶电机,通过改变送胶电机转速,可以精确控制量子点膜厚度。

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    量子点膜作为一种具有独特光特性的全新纳米材料,可精确高效地将高能量蓝光转换为红色和绿色光,量子点可以在LCD显示屏的LED背光上形成一层薄膜,用蓝色LED照射就能发出全光谱的光,通过对背光进行精细调节,可以大幅提升色域表现,让色彩更加鲜明。

    量子点显示技术在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度等各个维度已全面升级,被视为全球显示技术的制高点,也被为影响全球的显示技术革命。

    相比传统LCD显示器,量子点显示屏的色域可以达到110%。


    量子点薄膜是以量子点、阻隔性树脂以及光学级水氧阻隔膜为主要原料,结合高精密涂布技术制作的广色域特种光学薄膜。

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    四 未来量子点想要实现反弹将会有三大趋势:


    ◤ 趋势一:量子点增亮复合膜

    量子点增亮复合膜性能等同于常规量子点膜及增亮膜复合效果,可提高背光模组良率。

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    但是目前量子点复合膜还未面世,若未来量子点复合膜开发,三星、激智科技、康得新等公司将在技术能力方面取得一定的优势。


    ◤ 趋势二:无镉量子点膜

    目前量子点膜片分为含镉和无镉两类。

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    欧盟ROHS标准及国内均出台规定限制铅、镉等有毒有害物质在电子产品中的使用。市场追求环保,无镉量子点应用将迅速提升。


    我国已有相关限制铅、镉等有毒有害物质在电子产品中的使用。 

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    ◤ 趋势三:量子点彩膜5、量子点膜15.jpg

    彩膜中加入量子点,实现了颜色过滤层到发光层的转变。量子点彩膜技术的实现,可大幅提高量子点显示在色域、色彩视角和亮度的表现。

    但量子点彩膜在制造过程中也存在着许多技术难点,如:

    高温制备工艺造成发光效率降低

    偏光片需内置,以保证激发光线的偏振态

    量子点材料封装问题

    三大趋势里,无镉量子点膜已经得到了国内许多企业的认可。

      量子点显示最关键的里程碑,应该是从光致发光走向电致发光,真真正正成为自发光显示器的QLED,拥有自发光所有的好处(省电、高对比、高反应速度)和量子点无敌色域的天赋。


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