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量子点显示器的工程挑战

任何突破性能界限的伟大技术也有一系列挑战需要克服。量子点显示器也不例外。无论我们考虑QDCF还是QD-EL,都有一系列挑战,例如内嵌式偏光板开发、空气处理和定制量子点聚合物混合物的要求。解决这些问题将需要量子点在制造过程中变得更加稳定。

让我们检查实现量子点-QD-PL像素上(QDPR)和QD-EL配置-最新方法的障碍,以及旨在解决这些问题的显示器领域的发展。

量子点彩色滤光片(QDCF)面板面临的挑战

1. 量子效率低

由于QDCF方法需要高浓度的量子点,发射质子的重吸收导致出现低效率问题。量子点受到吸收和发射重叠的影响,导致效率下降。

正如量子点基本原理中所讨论,只有少数材料适用于生产具有高量子效率的可见量子点半导体,其中最有效的是硒化镉(CdSe)。由于镉具有毒性,其使用受到法规的限制,制造商仍在寻找具有高光致发光量子产率的无镉材料。

2. 对内嵌式偏光板的需求

量子点使光去偏振,非偏振光不能通过顶部偏光板,不会导致屏幕出现故障。因此,第二偏光板在光路中需位于量子点层之前。这意味着需要为QDCF应用开发内嵌式偏光板。

不用于QDCF应用的偏光板

用于QDCF应用的偏光板
Source: Samsung Display Co.

3. 制造工艺

量子点彩色滤光片的制造是行业面临的巨大挑战。虽然量子点强度和稳定性已显著提高,但为大规模生产QDCF,量子点需在空气、水和耐热方面变得稳定,因为制造涉及多个固化、洗涤和烘干步骤。QDCF设计还要求量子点在薄层中具有超高吸收,以避免红绿子像素中的蓝光泄漏问题。

QDCF制造有几种可能性:

  • 使用嵌入量子点(QDPR)的光致抗蚀剂 -因为这是一种减色法,所以此方法成本高昂。

  • 使用喷墨印刷-这是一种加色法,制造商正在接近创建满足尺寸和性能要求的子像素结构。

喷墨印刷工艺
Source: Samsung Display Co.
  • 使用纳米压印光刻-此方法允许通过压印抗蚀剂的机械变形来创建纳米尺度的图案,并通过加热或紫外光来对它们进行固化。

纳米压印光刻工艺
Source: Samsung Display Co.

量子点电致发光(QD-EL)面板面临的挑战

1. 外部量子效率低

QD-EL显示器配置面临的主要挑战是外部量子效率低(EQE)。与QD-PL显示器类似,量子效率问题也与电发射量子点应用相关。对于蓝色量子点发射器,寻找外部量子产率高的新型无镉材料是一项挑战。EQE降低也由于电荷注入不平衡以及引起非辐射能量转移(FRET)的结构问题而导致。

通过改进量子点设计或QD-EL结构,有一些选项正在研究中,以提高EQE:

  • 建立核壳界面控制,允许合金界面的形成以及中间壳的插入
  • 创造更大尺寸且外壳更厚的量子点,以提高稳定性
  • 使用ZnMgO代替ZnO作为电子传输层,以获取更好的电荷平衡、更高的导带水平以及抑制激子淬熄
  • 使用混合或堆叠的空穴传输层来实现更好的空穴传输
  • 在电子转移层和发射层之间引入绝缘隔层,以控制电子注入并减少泄漏电流以提高效率
用于QD-EL结构的绝缘隔层
Source: Samsung Display Co.

量子点显示器的未来蓝图

如您所见,量子点技术在显示器领域的前景光明。尽管将先进量子点技术应用于大规模生产并使制造过程可行且经济高效这一挑战的规模与性能和效率效益相称,但对于领先的显示器厂商来说,这并不是一项小任务。

三星显示器目前是全球领先的量子点显示器制造商。以下是我们如何看待量子点显示空间的发展。

大体上说,发展将分三个阶段进行:

  1. 光增强显示器-采用利用量子点增强膜(QDEF)的设备
  2. 光发射显示器-在彩色滤光片(QDCF)中实现量子点
  3. 电发射显示器-使用量子点的电致发光机制(QD-EL)
量子点技术比较
Source: Samsung Display Co.

量子点技术在显示器中的发展十分迅速。由于可利用现有供应链,量子点显示器将迅速扩展,并从超高端市场领域向中高端市场转移。

虽然先进技术的商业化面临巨大挑战,但显示器界确切了解所需要解决的问题,并已朝这些进展迈出一大步。

当QD-EL商业化后,其将在电视和数字标牌应用方面取代LCD和OLED在大型显示器市场中的位置。