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量子点与MicroLED要完美结合还差什么

2021-05-28 13:10:49 来源:广东LED
量子点与MicroLED要完美结合还差什么

  量子点作为一种新兴的发光材料备受关注,并被作为实现全彩色化Micro-LED显示的一条重要途径。在此过程中,量子点材料的光吸收与发射波长、转换效率、与Micro-LED的集成方式、稳定性与寿命等均为学术界和产业界关注的问题。

  最近,一场轰动业界的收购,又将这一问题带到了我们面前。

  量子点领头羊Nanosys收购GLō

  近日,量子点发光材料和技术的龙头供应商Nanosys收购glō。glō是一家Micro LED显示的领先技术公司。该交易将扩展Nanosys的能力和技术产品,加速该公司在未来显示器中广泛采用Micro LED和nanoLED显示技术的发展和进步。

  据悉,GLō公司最早于2003年创立,后来基于其专有的技术方案和工艺开发出一种高效的xGAN型Micro-LED显示器。此次收购对于填补Nanosys公司的技术路线有着非常重要的作用,它让该公司完成了从Mini-LED到Micro-LED甚至Nano-LED的技术布局,这些技术将有助于Nanosys引领未来显示。在被Nanosys收购之前,GLō公司已经在其优势技术的研发上投入超过2亿美元。这些获得资助的技术具体包括最先进的Micro-LED晶圆、器件和巨量转移技术,它们对超小尺寸Micro-LED的性能提升及商业化起着至关重要的作用。

  此前,glō曾与京瓷(Kyocera)、JDI等日本厂商在Micro LED领域开展合作。

  2019年,JDI及Kyocera与glō合作开发一款基于LTPS背板的1.8英寸Micro LED显示器,分辨率可达200 PPI,亮度达1000000nits,主攻智能穿戴应用。

  据Yole Développement表示,这次收购使Nanosys拥有独特而广泛的技术组合,以解决所有未来的显示应用。“Micro LED是最具潜力的显示技术之一,但存在一个问题:成本。要实现这一潜力,Micro LED像素必须非常小,明亮和成本效益。目前市场上缺乏一种成本效益高、像素又小又亮的Micro LED解决方案。将Micro LED和量子点结合在一起是一个令人兴奋的机会,可以释放这个市场的增长潜力。”

  Nanosys总裁兼首席执行官Jason Hartlove表示:“在过去20年里,Nanosys为量子点技术创造了一个充满活力、不断增长的市场。”“结合最好的量子点和Micro LED技术,纳米系统可以通过降低生产成本和最大化性能来释放Micro LED的颠覆性潜力。通过共同努力,我们可以创造最小、最亮、成本最低的像素,使Micro LED能够渗透到主流电视市场,并为AR、汽车等领域的新应用打开大门。”

  Nanosys对glō的收购显著扩大了Nanosys的知识产权组合,使该公司能够继续为规模高达2000亿美元的显示屏市场提供利润丰厚的颠覆性解决方案。

  一位业内人士表示,目前具备成本效益的超小超亮Micro LED解决方案还未问世,而Nanosys对glō的收购则标志着Micro LED和量子点技术的结合,未来有望释放Micro LED市场的潜力,带动生产成本的下降,最大程度提高产品的性能。

量子点+Micro LED的最新进展

  低成本高效率的新型Micro-LED显示技术是下一代超高清显示与全彩色柔性显示的实现途径。

  量子点作为一种新兴的发光材料备受关注,并被作为实现全彩色化Micro-LED显示的一条重要途径。量子点色转换技术应用于Micro LED具备高色域、高色纯度的同时,只需蓝光LED芯片,无需红绿巨量转移,降低了成本,简化了电路设计,提高生产效率。假如无须巨量转移的Micro LED显示技术成熟,Micro LED面对AM-OLED和AM-QLED将在成本和性能方面有优势。

  当然,量子点也有其自身的不足。如QDCC-Micro LED还存在发光效率和可靠性等方面的问题以及印刷设备的问题。随着荧光粉Phosphor半峰宽变窄,色纯度提高,也给量子点带来竞争。红绿LED价格降低以及三色巨量转移技术走向解决,也给量子点带来威胁。

  住友化学开发量子点光阻剂,可结合蓝光Micro LED

  3月16日,材料世界网报道称,日本住友化学开发了量子点光阻剂(Quantum Dot Resist),与只有蓝光LED的单片整合Micro LED显示器结合使用,可望实现鲜明锐利的RGB影像。

  新开发的量子点光阻剂活用了住友化学广泛的各项专业技术,其中之一就是光阻剂技术,改善了量子点在凝集、耐热性不佳的问题。

  新开发的量子点光阻剂可望应用于VR、AR等极小显示器,虽然OLED技术已早先布局VR、AR市场,目前有分辨率3,000~4,000 ppi的Micro OLED显示器投入市场,但Micro LED蓄势待发,呈现追赶的态势,而将量子点结合于蓝光单色的单片整合型Micro LED也被广为采用。

  量子点的量子产收率、耐热性与量子点的规格息息相关,通过改良光阻剂可降低量子点的热损伤,并可促进分散更为均一,调整散乱剂也将促进发光效率的提升。

  在客户端的商样评估后,公司将进一步提升光阻剂的性能,并计划在今年内达到事业化。此外,住友化学也在着手开发量子点油墨、量子点薄片等制品,希望借此建立可因应各种量子点需求的生产体制。

  量子点LED器件的发光效率瓶颈获突破

  国际著名期刊《ACS Nano》以封面形式发表华南理工大学机械与汽车工程学院李宗涛教授、李家声博士后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”。

  量子点色转换技术是Mini/Micro LED、OLED以及LCD宽色域显示的共性关键技术,在超清显示、虚拟显示等新兴领域极具应用潜力。目前,硒化镉、钙钛矿等量子点的光致发光效率已超过85%,高于传统稀土荧光粉材料,然而封装制成LED器件的发光效率普遍在50-130 lm/W(理论效率>200 lm/W),上述矛盾已困扰学界与行业多年,低下的发光效率严重制约量子点LED显示技术的实际应用。

  该论文提出直方通孔复合量子点色转换结构及其强化出光机制,利用湿法机械搅拌把量子点高效组装于粒径匹配的直方通孔结构,通孔结构被低折射率硅树脂填充,所形成折射率差异可抑制荧光光子在通孔内部硅树脂基材的传播,显著减少重吸收损耗。最终成功突破了量子点LED器件的发光效率瓶颈,获得超过200 lm/W的同类器件公开报道最高效率(经CNAS认证第三方机构检测)。

  目前,李宗涛教授团队正联合TCL、国星光电等企业,加快推动该技术在Mini/Micro LED等新型显示器件的应用。

  图1. 论文封面、原理以及效率对比(来源:华南理工大学)

  钙钛矿量子点显示技术取得重要进展

  尽管量子点显示技术取得了显著进步,然而传统的量子点材料(CdSe、InP)一般采用高温热注入法制备,产业化仍面临工艺复杂、成本高、国外专利壁垒等挑战。因此,寻求低成本的新型量子点材料体系是解决上述挑战、扩展量子点应用领域的重要思路之一。

  钙钛矿量子点制备简单,具有优异的光学性质,是近年来光学与光电子材料领域的研究热点之一。北京理工大学材料学院钟海政团队一直从事量子点材料开发和应用技术研究,是国际上最早开展钙钛矿量子点研究的实验室之一( ACS Nano 2015, 9, 4533,Google引用>1300次)。

  近年来,团队重点围绕钙钛矿量子点显示技术开展研究,取得系列重要进展:所发明的钙钛矿量子点原位制备技术授权中国、美国、日本、韩国专利,进入产业应用推广阶段。最近,他们在红光钙钛矿量子点光学膜和蓝光量子点电致发光器件方面取得突破进展。

  1)面向液晶显示背光应用的钙钛矿量子点原位制备技术

  2016年团队提出了普适性的钙钛矿量子点原位制备思路,实现了聚合物基质中MAPbX3、FAPbX3、CsPbX3、MA3Bi2X9、Cs2Sn2X6等钙钛矿量子点的原位制备( Advanced Materials 2016, 28, 9163;Nanoscale 2019, 11, 4942; Light: Science & Applications 2020, 9, 73);其中基于绿色MAPbBr3钙钛矿量子点的光学膜的亮度、色域、信赖性与传统CdSe、InP量子点相比具有显著优势,在液晶显示背光应用中具有巨大潜力。

  致晶科技公司(校学科性公司)经过进一步开发,2020年与TCL成功合作实现了首批量75英寸钙钛矿量子点电视的量产,成为全球首家推出钙钛矿量子点光学膜商业产品的公司。

  最近,团队的博士后李飞博士突破了困扰钙钛矿量子点背光显示应用的红光缺失难题,发展了聚合物基质中的红色全无机钙钛矿量子点的原位制备技术,发光效率和稳定性都十分优异( Advanced Functional Materials 2021, 2008211)。通过致晶科技公司的进一步开发,实现了钙钛矿量子点Micro-LED背光模组,获得2020年中国国际显示技术(ICDT)会议新产品银奖。

  图1 红色、绿色钙钛矿量子点光学膜和背光显示模组(图片来源:北京理工大学)

  2)面向电致发光的钙钛矿量子点片上再沉淀原位制备技术

  面向印刷显示电致发光应用,团队通过控制钙钛矿原位成膜过程中的结晶过程,发明了钙钛矿量子点片上再沉淀制备技术,实现了高效率的绿色和红色电致发光器件,绿光器件最高外量子效率为16.3%( ACS Nano 2018, 12, 8808),红光器件最高外量子效率为15.8%( Ad vanced O ptical Materials 2019, 7, 1900774)。

  图2 显示波段高效率蓝色钙钛矿电致发光器件

  最近,团队的博士生王辰晖、韩登宝、常帅老师等人与中科院大连化学物理研究所、上海光源合作,开发了双配体调控钙钛矿量子阱结构分布的原位制备策略,实现了最高外量子效率8.8%的蓝色电致发光器件( Nature Communications 2020, 11, 6428),为目前显示蓝光(455-475 nm)最高效率,团队与京东方合作,对该技术进行了国际专利布局。

责任编辑:李诗瑶

原标题:量子点与MicroLED要完美结合还差什么

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