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三分钟读懂【量子点膜】(2020年2月17日)

【摘要】:
传统液晶显示器NTSC色域值一般在70%左右,自主发光的OLED显示器NTSC色域可以达到100%。因此,研究如何提高LCD的色域,对提高其产品竞争力至关重要。提高色域主要是通过背光源改善来实现,例如采用氟化物和氮化物的荧光粉,可以将色域提高至80-90%。然而,氟化物荧光粉存在不耐湿、不耐高温的特点,这就使得氟化物在广色域LCD中的应用很受限制。量子点材料是一种无机物纳米半导体晶体,具有发射波长窄、波长可调等特点,近年来被应用于LCD背光源领域,可以将色域提升至100%以上。

作者:徐文涛  审核:徐文涛/张德忠  发布时间:2020-2-12

 

       传统液晶显示器NTSC色域值一般在70%左右,自主发光的OLED显示器NTSC色域可以达到100%。因此,研究如何提高LCD的色域,对提高其产品竞争力至关重要。提高色域主要是通过背光源改善来实现,例如采用氟化物和氮化物的荧光粉,可以将色域提高至80-90%。然而,氟化物荧光粉存在不耐湿、不耐高温的特点,这就使得氟化物在广色域LCD中的应用很受限制。量子点材料是一种无机物纳米半导体晶体,具有发射波长窄、波长可调等特点,近年来被应用于LCD背光源领域,可以将色域提升至100%以上。

图1.量子点材料提升色域的原理图

 

       量子点背光源是基于量子点光致发光原理开发的,一般采用蓝光LED激发红绿量子点材料,发出的红光、绿光与LED自身的蓝光复合产生白光。量子点材料发出的红光域绿光半峰宽非常窄(一般可达25-30nm),即红光和绿光非常纯正。根据色度学原理,三基色纯度越高,显示器的色域越宽。

 
       目前已经商业化的量子点背光源采用量子点膜产品,量子点膜一般都采用三明治结构: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。一般情况下,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。
 
 
 
图2.量子点膜产品结构示意图
 
       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。
 
表1.中科纳通量子点膜产品型号及规格
 

参数

单位

NT-QD350

NT-QD155

NT-QD105

基膜

μm

125×2±1

38×2±1

25×2±1

量子点层

μm

100±1

50±1

40±1

扩散层

μm

2×2±1

13×2±1

7×2±1

总厚度

μm

350±3

155±1.5

105±1.5

硬度

g

1750

1600

1600

剥离强度

g/25mm

200

200

200

收缩性

%

MD≤0.8,TD≤0.7

MD≤0.8,TD≤0.7

MD≤0.8,TD≤0.7

色域

NTSC1931

100-110%

100-110%

100-110%

 

 

       中科纳通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8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,产品最大幅宽达为1200mm,可以支持86寸量子点电视。目前,中科纳通量子点膜产品通过了TCL等终端客户的环境老化测试(高温高湿、蓝光老化),测试后光衰和色坐标漂移完全满足客户需求。

图3.量子点膜高温高湿环境下老化测试数据

 

摩尔材料研究院是中科纳通旗下的一家电子新材料定制研发服务平台,面向国家产业战略需求,面向中国电子产业领导企业需求,提供电子新材料产业研发应用服务。

 

北京中科纳通电子技术有限公司成立于2012年,是在中国科学院和北京市共同支持下成立的电子新材料企业,总部位于“怀柔科学城”,获得国家和中关村高新技术企业称号。公司专注电子产业,提供电子新材料的定制研发,服务于消费电子、5G通信和电子元器件三大领域。

 

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