一代人有一代人的使命,一代人有一代人的担当。一种显示技术也有自己的使命和担当。液晶显示(LCD)始于20世纪60年代,在世纪之交得到快速发展,2010年之后成为主流显示技术。中国在LCD产业上,投资了1.2万亿,建成大尺寸世代线超过25条,2021年我国LCD屏的生产量超过全球出货量的60%,成为全球第一。伴随着LCD显示技术的发展,我国完成了从显示小国向显示大国的转变,成为显示产品的制造大国。
随着我国液晶显示产业的崛起,日韩同类的显示产品逐渐丧失了品质与价格的优势。日本在2015年开始逐渐退出了主流的LCD显示市场,2022年韩国三星宣布全面停产LCD生产线,LG也大幅降低了LCD的生产数量,转而重点主攻OLED技术。未来韩国和中国成为显示产业的竞争者,而技术层面,形成了LCD和OLED的竞争格局,日趋白热化。两种技术路线之争,关乎世界显示产业的主导权,关乎国运的战略话题。
纵观显示产业之关键材料领域,量子点是我国少数做到了部分世界领先的半导体显示材料体系之一。从战略上讲,量子点不但可以提升LCD技术,对抗日趋成熟的OLED技术;而且可能开辟比OLED更具优势的印刷QLED显示技术。如能实现守住LCD产业领先优势,奠定印刷QLED技术领先优势,是实现中国从显示大国向显示强国转变的可行性技术路线,具有战略性意义。这是量子点技术的担当,也是我们这一代显示科研人员和产业从业者的使命和担当。
TCL是国际上量子点LCD应用的先驱者之一。2014年就推出了相关产品,2017年承担了国家科技部重点研发计划“量子点背光关键技术开发及应用示范”项目,一直致力于推动国内量子点的技术和产业化发展,在国际上率先实现了钙钛矿量子点光学膜、量子点扩散板的产业化应用,为显示行业发展提供了具有中国特色的LCD显示技术路线。应《液晶与显示》编辑部的邀请,我和北京理工大学钟海政教授一起组织了“量子点液晶显示应用技术”专栏,试图通过介绍量子点LCD显示技术路线,总结发展历史和分析发展趋势,展现量子点在显示产业竞争大格局的重要性,以及未来技术发展的主要挑战,为显示行业的技术和管理者、广大显示从业者提供参考。
本专栏包括6篇论文,TCL背光技术团队从终端应用的角度出发,总结了量子点技术的发展历程,提出了产业发展的新需求;北京理工大学吴显刚等人介绍了量子点LCD显示技术路线的发展现状,阐述了钙钛矿量子点的应用优势,探讨了未来技术发展方向;纳晶科技的康永印等人分析了量子点光学膜的市场现状和技术发展情况,结合未来发展趋势,介绍了量子点光学膜结构、功能特性以及相关国内外标准制定的情况;福州大学陈恩果等人详细介绍了量子点扩散板技术的发展现状、发展前景和面临的问题;华南理工大学李宗涛等人介绍了量子点LED封装,特别是与Micro-LED集成应用的机遇和挑战;福州师范大学陈大钦等人介绍了钙钛矿量子点玻璃新材料研究进展。
尽管这些论文的作者大都是一线的研究者,具有长期从事量子点研发和产业化工作的经验,然而受个人视角和准备时间的限制,本专栏难以反映量子点LCD技术的全貌,如有遗漏,在所难免,欢迎大家批评指正。
“精卫衔微木,将以填沧海,刑天舞干戚,猛志固常在”。时值世界百年未有之大变局,显示产业快速发展变化的关键时期,我辈显示产业从业者更应该鼓舞斗志,从大处着眼,从小处入手,不断为我国显示产业的进步贡献自己的一份力量!
季洪雷
TCL电子液晶背光专家
光学膜材料专业高级工程师
量子点液晶显示技术发展趋势与展望
作者:方庆, 吴有肇, 王峰, 许怀书, 季洪雷
摘要:量子点技术已经在液晶显示产业中开发应用了10年,其应用形式经过了数次变迁。近几年,量子点扩散板、QD-OLED、钙钛矿量子点等技术的应用,丰富了量子点技术应用的多样性,使量子点技术的进步成为推动显示产业进步的重要驱动力。除了常规的利用量子点技术提升色域覆盖率外,人们发现在护眼、节能等方面量子点技术对于液晶显示技术也有重大的意义。本文总结了目前量子点技术应用的进展,对未来量子点技术的发展趋势及在液晶显示的发展方向进行了预测,对未来量子点技术的发展方向具有一定参考意义。
关键词:量子点; 液晶显示; 背光; Mini-LED; Micro-LED
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量子点液晶显示应用技术的进展与展望
作者:吴显刚, 季洪雷, 钟海政
摘要:液晶显示是目前广泛应用的显示技术,然而常用的LED背光荧光粉的宽光谱特点限制了其色彩显示能力和总流明效率的进一步提升。量子点具有窄发射光谱和高荧光效率等优势,为提高液晶显示色彩品质和感知亮度提供了新技术路线。本文介绍了量子点液晶显示(QD-LCD)应用的结构设计和材料体系,探讨了量子点应用存在的材料稳定性、背光设计难度和制备成本等问题。针对液晶显示应用的低成本、低毒性和易集成需求,讨论了钙钛矿量子点的应用前景,特别是进一步扩展量子点适用性的解决方案,如彩膜透过率光谱交叉、偏振片的能量损失等问题。
关键词:液晶显示; 背光; 量子点; 钙钛矿量子点; 彩膜
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应用于液晶显示背光的量子点光转换膜研究进展
作者:余世荣, 康永印, 王海琳, 朱伟
摘要:胶体量子点由于具有宽吸收、窄发射、可溶液加工等优异光学特性,可以赋能液晶显示技术实现高色域的画质效果而获得越来越多的产业应用,目前应用范围较广的产品为量子点光转换膜。典型的量子点光转换膜为上下阻隔膜加中间量子点树脂的三明治结构:上下阻隔膜起到隔绝水、氧,实现保护量子点中间层的作用;量子点树脂层为实现量子点光转换效果的重要载体,一般包含红色和绿色量子点材料,在背光蓝色LED的激发下发射红光和绿光,并与透过的蓝光一起实现R/G/B的三基色白光,可以实现100% NTSC以上色域覆盖。量子点光转换膜从最开始昂贵的高阻隔(10⁻³~10⁻⁴ g·m⁻²·day⁻¹)方案逐渐发展为高性价比的较低阻隔(10⁻¹ g·m⁻²·day⁻¹)技术方案,进而使产品应用得到普及。其产品形态也从最开始的大尺寸电视产品1 397~2 159 mm (55~85 in),逐步渗透到显示器、笔记本、车载、平板、VR以及可穿戴等中小尺寸显示产品等。因其能够大幅提高产品的色彩显现力和产品附加值,从而获得品牌客户和消费者越来越多的认可。本文从量子点光转换膜的结构、功能着手,综述了量子点光转换膜的技术发展过程、最新的研究进展、标准研制情况以及市场发展趋势等。
关键词:量子点; 光转换; 阻隔膜; 光谱优化; 高色域; 标准化; 可靠性
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液晶显示用量子点扩散板的研究进展
作者:叶道春, 谢洪兴, 李思杰, 季洪雷, 许怀书, 李阳, 孙磊, 陈恩果, 徐胜, 叶芸, 严群, 郭太良
摘要:扩散板作为液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)背光中不可或缺的重要部件,可起到雾化光线的作用。常见的扩散板主要有表面微结构型与粒子散射型两种,主要性能参数是雾度及透光性,加入量子点的扩散板还具备色转换和改善色彩呈现能力的特性。相较于量子点色彩增强膜,量子点扩散板具有制备工艺更简单、成本更低、雾化能力更高等优势,非常适合于Mini-LED背光源。本文对液晶显示用扩散板的研究进展做了简要概述,并着重介绍了多层结构的量子点扩散板的制备工艺及性能。在稳定性方面,所制备量子点扩散板在高温高湿(60 ℃/90%RH)环境下可长时间储存,在蓝光照射条件下(中心波长450 nm,45 ℃/85%RH)的T95寿命超过了1 000 h。同时,该量子点扩散板在450 nm蓝光Mini-LED背光照射下的亮度均匀性高于80%,蓝、绿、红光的半峰宽分别小于20 nm、25 nm、25 nm,色域覆盖率达到了DCI-P3标准的99.58%。总之,该量子点扩散板兼具优异的色转换与匀光的功能,且寿命稳定,有望在大中型尺寸液晶显示器中得到大规模应用。
关键词:量子点; 扩散板; 背光; 液晶显示; Mini-LED
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量子点LED显示研究进展:材料、封装涂层、图案化显示应用
作者:李宗涛, 李杰鑫, 郑家龙, 李家声, 季洪雷, 丁鑫锐
摘要:量子点(Quantum Dot, QD)作为一种新型发光材料,具有发光光谱窄、激发光谱宽、量子产率高及可溶液制备等优点,其制成的发光二极管(Light-emitting diode, LED)器件通过色转换过程可实现红、蓝及绿波段较窄的发射半波峰(<20 nm),色域范围超过120% NTSC,被视为下一代最有潜力的显示技术之一。然而,量子点材料的发光不稳定性、低出光效率与全彩化技术难题严重限制了量子点材料在高性能显示设备方面的应用。如何解决这些难题,实现稳定高效的量子点全彩化新型显示仍需进一步探索。本文总结了国内外对量子点材料改性、量子点材料封装方法、量子点涂层出光增强策略以及量子点图案化显示应用4个方面的研究进展,为进一步提升量子点LED显示技术提供有价值的参考。
关键词:量子点; LED; 显示技术; 图案化
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钙钛矿量子点玻璃背光应用
作者:林继栋, 陈大钦
摘要:随着人们生活水平和社会经济的提升,对具有优良显色性和色彩再现力的液晶显示器的需求急剧增加。然而,商业使用的传统稀土掺杂的荧光粉转光层由于发射半峰宽太宽已经无法满足宽色域显示的需求,因此迫切需要开发一种新材料以实现宽色域显示。钙钛矿量子点玻璃因其优异的光学性能与卓越的稳定性被认为是背光显示器中传统荧光粉转光层的理想替代品,在显示行业具有广泛的应用前景。本文综述了钙钛矿量子点玻璃背光结构的应用方式,并对近年来钙钛矿量子点玻璃在背光应用的研究现状与发展中所面临的挑战进行了概括,最后对其进行了展望。
关键词:色彩再现力; 液晶显示器; 钙钛矿量子点玻璃; 稳定性
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钟海政,北京理工大学材料学院,教授、博导,The Journal of Physical Chemistry Letters执行主编。先后在吉林大学、中国科学院化学研究所、加州大学洛杉矶分校、多伦多大学学习和从事博士后研究,2010年加入北京理工大学材料学院,2013年破格晋升为教授。入选人事部留学归国择优资助(2012)、北京市青年英才(2013)、北京市科技新星(2014)、国家自然科学优秀青年基金(2017)等人才计划支持。主要从事量子点应用技术研究,已在Nature Photonics、Nature Nanotechnology、Advanced Materials、Light: Science & Applications等期刊上发表论文200余篇,文章被引10000余次,入选爱思唯尔2020、2021年中国高被引学者。申请中国专利100余项,授权国内发明专利30项,国外发明专利9项,在包括美国SID显示年会、“欧洲显示2015年会”、日本显示年会、IEEE Photonics 2018年会等重要国内外会议上做邀请报告30余次。2018年获得北京市科学技术奖励二等奖(排名2/10),2019年获得日本IDW显示技术最佳论文奖。目前兼任九三学社北京理工大学支社副主委、《中国光学》编委等学术和社会职务。
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