1. 量子點與Micro LED要完美結合,還差什麼?

    發佈時間:2021-06-18發佈部門:量子點開發事業部

    量子點作爲一種新興的發光材料備受關注,並被作爲實現全綵色化Micro-LED顯示的一條重要途徑。在此過程中,量子點材料的光吸收與發射波長、轉換效率、與Micro-LED的集成方式、穩定性與壽命等均爲學術界和產業界關注的問題。



    量子點


      近日,量子點發光材料和技術的龍頭供應商Nanosys收購glō。glō是一家Micro LED顯示的領先技術公司。該交易將擴展Nanosys的能力和技術產品,加速該公司在未來顯示器中廣泛採用Micro LED和nanoLED顯示技術的發展和進步。

      據悉,GLō公司最早於2003年創立,後來基於其專有的技術方案和工藝開發出一種高效的xGAN型Micro-LED顯示器。此次收購對於填補Nanosys公司的技術路線有着非常重要的作用,它讓該公司完成了從Mini-LED到Micro-LED甚至Nano-LED的技術佈局,這些技術將有助於Nanosys引領未來顯示。在被Nanosys收購之前,GLō公司已經在其優勢技術的研發上投入超過2億美元。這些獲得資助的技術具體包括最先進的Micro-LED晶圓、器件和巨量轉移技術,它們對超小尺寸Micro-LED的性能提升及商業化起着至關重要的作用。

      此前,glō曾與京瓷(Kyocera)、JDI等日本廠商在Micro LED領域開展合作。

      2019年,JDI及Kyocera與glō合作開發一款基於LTPS背板的1.8英寸Micro LED顯示器,分辨率可達200 PPI,亮度達1000000nits,主攻智能穿戴應用。

      據Yole Développement表示,這次收購使Nanosys擁有獨特而廣泛的技術組合,以解決所有未來的顯示應用。“Micro LED是最具潛力的顯示技術之一,但存在一個問題:成本。要實現這一潛力,Micro LED像素必須非常小,明亮和成本效益。目前市場上缺乏一種成本效益高、像素又小又亮的Micro LED解決方案。將Micro LED和量子點結合在一起是一個令人興奮的機會,可以釋放這個市場的增長潛力。”

      Nanosys總裁兼首席執行官Jason Hartlove表示:“在過去20年裏,Nanosys爲量子點技術創造了一個充滿活力、不斷增長的市場。”“結合最好的量子點和Micro LED技術,納米系統可以通過降低生產成本和最大化性能來釋放Micro LED的顛覆性潛力。通過共同努力,我們可以創造最小、最亮、成本最低的像素,使Micro LED能夠滲透到主流電視市場,併爲AR、汽車等領域的新應用打開大門。”

      Nanosys對glō的收購顯著擴大了Nanosys的知識產權組合,使該公司能夠繼續爲規模高達2000億美元的顯示屏市場提供利潤豐厚的顛覆性解決方案。

      一位業內人士表示,目前具備成本效益的超小超亮Micro LED解決方案還未問世,而Nanosys對glō的收購則標誌着Micro LED和量子點技術的結合,未來有望釋放Micro LED市場的潛力,帶動生產成本的下降,最大程度提高產品的性能。


    01
    量子點+Micro LED的最新進展


      低成本高效率的新型Micro-LED顯示技術是下一代超高清顯示與全綵色柔性顯示的實現途徑。

      量子點作爲一種新興的發光材料備受關注,並被作爲實現全綵色化Micro-LED顯示的一條重要途徑。量子點色轉換技術應用於Micro LED具備高色域、高色純度的同時,只需藍光LED芯片,無需紅綠巨量轉移,降低了成本,簡化了電路設計,提高生產效率。假如無須巨量轉移的Micro LED顯示技術成熟,Micro LED面對AM-OLED和AM-QLED將在成本和性能方面有優勢。

      當然,量子點也有其自身的不足。如QDCC-Micro LED還存在發光效率和可靠性等方面的問題以及印刷設備的問題。隨着熒光粉Phosphor半峯寬變窄,色純度提高,也給量子點帶來競爭。紅綠LED價格降低以及三色巨量轉移技術走向解決,也給量子點帶來威脅。

      住友化學開發量子點光阻劑,可結合藍光Micro LED

      3月16日,材料世界網報道稱,日本住友化學開發了量子點光阻劑(Quantum Dot Resist),與只有藍光LED的單片整合Micro LED顯示器結合使用,可望實現鮮明銳利的RGB影像。

      新開發的量子點光阻劑活用了住友化學廣泛的各項專業技術,其中之一就是光阻劑技術,改善了量子點在凝集、耐熱性不佳的問題。

      新開發的量子點光阻劑可望應用於VR、AR等極小顯示器,雖然OLED技術已早先佈局VR、AR市場,目前有分辨率3,000~4,000 ppi的Micro OLED顯示器投入市場,但Micro LED蓄勢待發,呈現追趕的態勢,而將量子點結合於藍光單色的單片整合型Micro LED也被廣爲採用。

      量子點的量子產收率、耐熱性與量子點的規格息息相關,通過改良光阻劑可降低量子點的熱損傷,並可促進分散更爲均一,調整散亂劑也將促進發光效率的提升。

      在客戶端的商樣評估後,公司將進一步提升光阻劑的性能,並計劃在今年內達到事業化。此外,住友化學也在着手開發量子點油墨、量子點薄片等製品,希望藉此建立可因應各種量子點需求的生產體制。


    02
    量子點LED器件的發光效率瓶頸獲突破


      國際著名期刊《ACS Nano》以封面形式發表華南理工大學機械與汽車工程學院李宗濤教授、李家聲博士後等人的最新研究成果“Toward 200 Lumens per Watt of Quantum-Dot White-Light-Emitting Diodes by Reducing Reabsorption Loss”。

      量子點色轉換技術是Mini/Micro LED、OLED以及LCD寬色域顯示的共性關鍵技術,在超清顯示、虛擬顯示等新興領域極具應用潛力。目前,硒化鎘、鈣鈦礦等量子點的光致發光效率已超過85%,高於傳統稀土熒光粉材料,然而封裝製成LED器件的發光效率普遍在50-130 lm/W(理論效率>200 lm/W),上述矛盾已困擾學界與行業多年,低下的發光效率嚴重製約量子點LED顯示技術的實際應用。

      該論文提出直方通孔複合量子點色轉換結構及其強化出光機制,利用溼法機械攪拌把量子點高效組裝於粒徑匹配的直方通孔結構,通孔結構被低折射率硅樹脂填充,所形成折射率差異可抑制熒光光子在通孔內部硅樹脂基材的傳播,顯著減少重吸收損耗。最終成功突破了量子點LED器件的發光效率瓶頸,獲得超過200 lm/W的同類器件公開報道最高效率(經CNAS認證第三方機構檢測)。

      目前,李宗濤教授團隊正聯合TCL、國星光電等企業,加快推動該技術在Mini/Micro LED等新型顯示器件的應用。


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    圖1. 論文封面、原理以及效率對比(來源:華南理工大學)


    03
    鈣鈦礦量子點顯示技術取得重要進展


      儘管量子點顯示技術取得了顯著進步,然而傳統的量子點材料(CdSe、InP)一般採用高溫熱注入法制備,產業化仍面臨工藝複雜、成本高、國外專利壁壘等挑戰。因此,尋求低成本的新型量子點材料體系是解決上述挑戰、擴展量子點應用領域的重要思路之一。

      鈣鈦礦量子點製備簡單,具有優異的光學性質,是近年來光學與光電子材料領域的研究熱點之一。北京理工大學材料學院鍾海政團隊一直從事量子點材料開發和應用技術研究,是國際上最早開展鈣鈦礦量子點研究的實驗室之一( ACS Nano 2015, 9, 4533,Google引用>1300次)。

      近年來,團隊重點圍繞鈣鈦礦量子點顯示技術開展研究,取得系列重要進展:所發明的鈣鈦礦量子點原位製備技術授權中國、美國、日本、韓國專利,進入產業應用推廣階段。最近,他們在紅光鈣鈦礦量子點光學膜和藍光量子點電致發光器件方面取得突破進展。


    1

    面向液晶顯示背光應用的鈣鈦礦量子點原位製備技術

    2016年團隊提出了普適性的鈣鈦礦量子點原位製備思路,實現了聚合物基質中MAPbX3、FAPbX3、CsPbX3、MA3Bi2X9、Cs2Sn2X6等鈣鈦礦量子點的原位製備( Advanced Materials 2016, 28, 9163;Nanoscale 2019, 11, 4942; Light: Science & Applications 2020, 9, 73);其中基於綠色MAPbBr3鈣鈦礦量子點的光學膜的亮度、色域、信賴性與傳統CdSe、InP量子點相比具有顯著優勢,在液晶顯示背光應用中具有巨大潛力。

      致晶科技公司(校學科性公司)經過進一步開發,2020年與TCL成功合作實現了首批量75英寸鈣鈦礦量子點電視的量產,成爲全球首家推出鈣鈦礦量子點光學膜商業產品的公司。

      最近,團隊的博士後李飛博士突破了困擾鈣鈦礦量子點背光顯示應用的紅光缺失難題,發展了聚合物基質中的紅色全無機鈣鈦礦量子點的原位製備技術,發光效率和穩定性都十分優異( Advanced Functional Materials 2021, 2008211)。通過致晶科技公司的進一步開發,實現了鈣鈦礦量子點Micro-LED背光模組,獲得2020年中國國際顯示技術(ICDT)會議新產品銀獎。


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    圖1 紅色、綠色鈣鈦礦量子點光學膜和背光顯示模組

    (圖片來源:北京理工大學)


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    面向電致發光的鈣鈦礦量子點片上再沉澱原位製備技術

    面向印刷顯示電致發光應用,團隊通過控制鈣鈦礦原位成膜過程中的結晶過程,發明了鈣鈦礦量子點片上再沉澱製備技術,實現了高效率的綠色和紅色電致發光器件,綠光器件最高外量子效率爲16.3%( ACS Nano 2018, 12, 8808),紅光器件最高外量子效率爲15.8%( Ad vanced O ptical Materials 2019, 7, 1900774)。


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    圖2 顯示波段高效率藍色鈣鈦礦電致發光器件


      最近,團隊的博士生王辰暉、韓登寶、常帥老師等人與中科院大連化學物理研究所、上海光源合作,開發了雙配體調控鈣鈦礦量子阱結構分佈的原位製備策略,實現了最高外量子效率8.8%的藍色電致發光器件( Nature Communications 2020, 11, 6428),爲目前顯示藍光(455-475 nm)最高效率,團隊與京東方合作,對該技術進行了國際專利佈局。




    本文來源:廣東LED、慧聰LED屏網