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量子點:應用格局的改變及拓展

[ 時間:2019-9-5 19:14:18 點擊: ]

 量子點(QD)是顯示器行業一大成功案例。

下圖顯示了自2019年以來行業所推出的各種量子點顯示器產品。現有整合模式是薄膜類型(增強薄膜),而且這個價值鏈是完善的。該技術可集成在27英寸至98英寸的大型顯示器(TV)中。

量子點:應用格局的改變及拓展

較低的屏障要求、更低的QD成本以及更高的涂層合格率,促進了QD增強薄膜成本的改善,從而實現了從370美元(55英寸)到3000美元(82-90英寸)的價格區間。有些人現在甚至開始爭辯道,如果高亮QD使得亮度增強薄膜變得多余,QD增強薄膜實現的凈成本可能接近于零。

然而,該技術正在經歷很大的變化。據悉,顯示器量子點的技術路線圖包括玻璃上量子點、LCD或OLCD上的像素內(或彩色濾光片)良子地以及發光QLED。除了在顯示領域的應用外,量子點還可用于照明、NIR / SWIR QD-Si混合光電傳感器、農業色彩轉換膜、安全標簽等應用。

接下來,我們將簡要分析一下量子點的一些關鍵應用。

顯示應用領域的量子點:路線圖

量子點集成到顯示器中的方式也在發生變化。有些產商希望將QD薄膜發展為玻璃上量子點。在此,QD直接涂覆在導光板上,另一側則通過薄膜封裝。這將以卷軸式(R2R)薄膜制造商為代價重新配置價值鏈。這樣一來,就會產生更薄的解決方案,因為消除了額外的襯底并且QD層本身可以制造得更薄。但并不是每個產商都會采用這種內部解決方案。

下一步發展是將QD作為像素內顏色轉換器(通常稱為QD濾色器或QDCF)。紅色和綠色QD可以通過噴墨或通過光刻圖案化的QD光刻膠施加在子像素上。這將需要高藍色吸光度以確保色純度和薄層,此外還需要在高負載水平下良好地分散到樹脂中。而量子點必須在此過程中得以保存下來。在使用了光學圖案化抗蝕劑的情況下,QD必須經受軟灼熱、蝕刻、硬灼熱等,幾乎沒有量子產率、WHM或發射波長的變化。在使用噴墨技術的情況下,QD應配制成可印刷油墨,必須在黑色基質內實現很好的印刷,并且必須在固化(很可能是熱)得過程中保存下來。這方面的進展很好。

材料供應商與QD供應商密切合作,已經開發出了良好的QD光刻膠和噴墨油墨。

QDCF可以應用于LCD和OLED。就前者而言,存在系統級挑戰。特別是,對單元內偏振器的主要挑戰是對技術開發和新工藝適應的需求。對于后者而言,紅色和綠色QD將噴墨打印在連續施加(未圖案化)的藍色OLED上(現在是熒光,但如果TADF或超級TADF實現了商用,可能會隨時間改變為TADF以提高效率)。這里使用印刷可以為實現高質量大尺寸QD-OLED混合顯示器提供成本有效的工藝(QD-OLED混合顯示器超過了使用標準濾色器的WOLED的性能和成本)。印刷的使用也將成為以解決方案處理的發光QLED作為最終目標的關鍵戰略學習。

QLED:終極顯示器?

實際上,QLED是行業研發的一個主要的長期目標。它們可以實現薄/柔性、高對比度、高效和寬色域顯示器。然而,路上的挑戰仍然很多。因此,在實現全色彩商用產品前,還有很長的路要走。對于所需波長的有效藍色,可能需要新的QD無毒化學物質,綠色和紅色InP量子點可能需要更好的殼覆蓋和分級合金化以消除內部的CTE不匹配,同時還需要具有足夠深價帶的合適的有機HTL以確保良好的電荷平衡。此外,還需要基于可印刷的金屬氧化物納米顆粒的ETL,以便進行優化。當然,還將對所有生產和擴大規模的過程進行設計。

當前,大多數顯示薄膜都是有源的。最佳結果在所有方面都有所改善的速率(藍色EQE、亮度、合理尼特的壽命等)都很高。這是一個值得密切關注的領域,因為它代表了廣泛的創新和發展機會。

圖像傳感器

硫化鉛QD可以在很寬的波長范圍內進行調諧,實現NIR(近紅外)或SWIR(短波紅外)傳感。有趣的是,它們可以與硅ROIC(讀出集成電路)集成,以創建混合QD-Si NIR / SWIR圖像傳感器,從而可能會為高分辨率小像素硅基NIR / SWIR傳感器提供一條途徑,從而消除了對GaAs傳感器與Si ROIC的異質雜交的需求。

第一代產品已經上市。一家領先的消費電子公司也積極參與了這一領域。它已經進行了重大的收購,據悉還委托了英國QD供應商擴大其產量。但是有消息顯示,該公司最近停止了該業務。

這項技術的前景仍然很廣。但是還是面臨很多挑戰。穩定性是一個關鍵問題。將需要一些QD或設備級封裝。耐光性也是一個更大的問題。如今,傳感器可以處理低照度的室內條件,但是在汽車等應用中戶外運行的話,還需要進一步的開發和潛在的突破。

此外,還需要進行產品優化。還需要具有高批次間一致性的QD供應。QD薄膜還需要進行鑄造并且可能需要實現圖案化。固化對于確保良好的載流子傳輸可能非常重要,但是不會導致由于太緊湊而導致產量損失。這可能需要一些原位或非原位配體交換。盡管如此,這仍然是一個令人興奮的領域,未來的發展和改進的前景非常廣。

照明

照明是一種大規模且前景廣闊的應用。照明領域的重點主要是紅色量子點,因為在正確波長下有效的窄帶紅色可以在不影響效率的情況下提高CRI。

但是面臨的挑戰在于開發具有足夠的熱量、濕度和光穩定性的QD,以在接近LED面臨的條件下存活。將QD作為盡可能多的普適性解決方案也是非常有用的。這將意味著使其能夠與其他顏色轉換器(例如磷光體)混合,并使用現有工具和程序進行處理。

如今,早期產品已經上市。這些產品可能是基于Cd的,并且使用二氧化硅脫殼程序使其穩定。一些研究人員已經演示了在低光照條件和遠程片上熒光粉表現出了足夠的InP穩定性,但這些尚未實現商業化。

值得注意的是,片上類型在顯示器中也很有用。這是因為它們可以取代當今LED照明顯示器中使用的熒光粉。這里的挑戰也在于確保良好的濕度、熱量和光穩定性。在顯示器中,可能同時需要綠色和紅色QD。

目前還有許多應用在籌劃中。一些人甚至將QD定位為針對農業的色彩轉換膜。其原理是,色彩轉換膜可以調整太陽光譜,進而促進生長和產量。在這里,關于窄帶或寬帶發射器是否是最適合的問題存在爭議,答案可能是針對特定植物而言,沒有通用的“一刀切”解決方案。第一代產品即將推出,而且很可能是基于寬帶CIS QD。已經進行了多次現場試驗以定量地證明了RoI和價值主張。

請注意,QD穩定性挑戰一如既往,特別是在大量陽光照射的情況下,量子點將放在薄膜其它層之間。盡管如此,可能還需要額外的封裝層。

另一個應用是安全標記。目前,眾多企業都在開發寬帶石墨烯或碳量子點,可以非常小的痕量添加到液體(包括石油產品)中,作為液體安全標記物。有些人建議在光療中使用量子點。這里的想法是使用QD修改色譜以滿足特定的醫療需求。這項技術可以實現舒適、便攜和可穿戴的光療解決方案。此外,量子點太陽能電池方面也有很大的發展空間。然而,除非有重大突破,否則在中期內仍然是一個艱難的價值主張。

QD市場正在發生變化。在顯示器行業的應用也在快速發生變化。這些轉變將帶來許多材料創新機會,而且目前還有許多其他非顯示應用正在籌備中。因此,量子點未來幾年的市場依然強勁。


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