量子点膜：显示界的「高级化妆品」

 

LCD一直占据着电视和移动电子产品市场的主导地位。制造商们专注于不断降低LCD的制造成本，扩大市场规模，使得它们成了随处可见的日用品。自1963年Martin Pope发布第一篇关于有机发光显示器（OLED）的文章开始OLED逐渐作为超薄，高色域的平板显示技术成为研究的热门。但是由于成本昂贵，开发技术难度高，成品率低以及有机体的不稳定，离大规模推广普及还有一段很长的路程。

 

量子点显示在近两年来可谓是风生水起，在全球彩电大咖的布局下，颇有“长江后浪推前浪”之势，定位旗舰高端系列产品。与OLED显示相比，量子点显示是基于独特的短波长激发纳米级特种颗粒的显示技术，打破了“色域与成本和亮度是矛盾”这一平衡。

 

全球NO.8科学家彭笑刚教授也曾经说过“量子点有可能是人类有史以来发现的最优秀的发光材料”。

 

 

那么量子点膜是什么呢？别小看了这张膜，量子点膜是以量子点、高分子树脂以及光学级水氧阻隔膜为主要原料，结合高精密涂布技术制作的广色域特种光学薄膜，结构为类似三明治的多层复合结构。

 

为什么需要阻隔膜？量子点的稳定性会受到阻隔膜的阻隔率，外部超高能量以及材料自身性能影响；失效机理整体来说是化学键的破坏，氧化和水解。所以，需要采用两层高阻隔膜和特殊高分子聚合材料包裹量子点来解决这些问题。目前最主流的封装方式就是量子点膜(QLCF，QD on Surface)。

 

量子点膜是贴在屏幕表面的一层膜吗？

 

不是。量子点膜的用法「外敷」无效，需「内服」。

 

它是应用在显示器背光部分的一层光学膜，量子点膜既能作为光转换层，高雾度又可以带来超高的遮瑕性（遮掉粉刺彩点、黑头异物黑点、痤疮灯影等图片）。为了达到最佳的光转换率，其位置需要放置在光学膜最底部，可替换原LCD结构里的扩散膜。

 

众多知名品牌商选择量子点技术，到底有什么优势呢？

 

 

色域广。色域越广，意味着显示的颜色范围越大，给人直观的感觉就是显示色彩更丰富，颜色过渡更自然，画面更真实。在NTSC标准下，普通LCD电视（YAG粉）的色域只有72%、普通高色域电视（RG粉）只有82%、OLED色域能达到100%，而量子点电视色域覆盖率却高达110%。

 

色彩纯。量子点发射的RGB光谱，半峰宽更窄，色彩纯净度更高，杂光非常少，能够精准呈现自然色彩。

 

量子点屏（左）与普通液晶屏（右）光谱对比

 

色彩久。量子点是无机纳米材料，相比有机材料，稳定性更强，能够保证色彩恒久炫彩艳丽，色彩持久稳定可达50000小时。

 

功耗低。根据视觉神经学的机理，采用量子点显示技术，画面的色彩饱和度更高，只需更低亮度，更少的功耗，便能得到更优的显示效果。

 

量子点膜作为一种具有独特光学特性的全新纳米材料功能膜，可精确高效地将蓝光转换为鲜艳的红光和明亮的绿光，通过对背光的精细调节，可大幅提升色域表现，让色彩更加鲜明亮丽。

 

 

为了使量子点显示器达到各个性能指标，更准确的呈现所表现的色彩，充分发挥量子点显示的优势，就需要对量子点层做精细的配方工作，来配合不同机种中的蓝色背光模组和液晶panel，以使整体量子点显示屏达到合适的色坐标。同时量子点层的厚度均匀度也是影响量子点显示效果的关键指标，所以量子点层厚度的控制就显得非常重要了。

 

在量子点膜生产中要保持量子点本身不受外界条件的破坏，保持原有的荧光效率和稳定性，利用阻隔膜生产三明治结构的量子点膜就成为现实条件下的唯一选择。

 

量子点材料由于其特殊的性能对水汽和氧气的敏感性，从而不得不采用高阻隔薄膜进行结构性封装，在涂布时不仅要考虑涂层厚度的控制，还要考虑复合成三明治结构以后的总厚度。目前量子点薄膜涂层厚度一般在50-100um左右，这种比较大的涂布量可以采用逗号、辊涂和狭缝等几种方式。

 

逗号涂布，在目前国内加工工艺基础上针对600mm以下尺寸，刮刀的精度可以保证在1-2um左右，放大到大尺寸量子点薄膜的65英寸需求，在1500mm宽度上的不均匀度会达到5-10um的误差，这个厚度差会直接影响到色坐标XY的值超出标准范围，对于客户要求色坐标误差不得大于0.5%的公差来说还是太大了。另外量子点胶水易于结块和沉淀，逗号涂布很难处理掉异物和纵向拉丝的问题。

 

同样，辊涂方式也存在多种致命的问题。

 

比较理想的涂布方式是狭缝涂布。狭缝涂布是其操作原理是将流体以一定量泵打入一能将流体均匀展开的模具。它是一个封闭的系统，其次它是通过精密计量泵来对涂布材料进行预先计量。正是基于这两点，狭缝涂布方式具有其他涂布所不具备的一些优势：涂层重量和整体分布更均匀；易于在厚涂层和薄涂层工艺间切换；最大限度地减少了挥发性排放、涂层污染、原料浪费，以及工作场所混乱程度。

 

由于涂布精度高，挤出量可以通过精密计量泵体的动力马达转速控制，实现一个闭环回路。在系统张力恒定的情况下，狭缝涂布头的送胶电机的转速是量子点膜厚度的函数。通过在线实时检测量子点膜厚度，经过相关计算，反馈到狭缝涂布头的送胶电机，通过改变送胶电机转速，可以精确控制量子点膜厚度。

 

在两层膜之间灌夹量子点材料聚合物胶时采用狭缝涂布头

 

在两层薄膜阻隔层之间涂布具有量子点材料聚合物涂料的时候，在保持胶粘度不变的情况下，涂胶量的大小直接影响最终量子点膜的厚度。通过在线测量特征部位处量子点膜的厚度，反馈到涂胶量，可以建立厚度和涂胶量的闭环响应，从而精确控制量子点膜的厚度。

 

在线测厚监控界面，精度0.01微米@5m/min，控制送胶电机转速即可控制流经狭缝涂布头的胶量，进一步精确控制量子点膜厚度。

 

从数据上分析，厚度在长度方向有按间隔状均匀性分布，总体厚度误差+/- 2um @ 总厚300 um，以及±1um @ 75um，色坐标偏差小于0.2%。

 

综上所述，采用狭缝涂布技术和在线厚度测量闭环反馈技术，有效控制量子点涂层厚度，能使达到量子点膜的均一性指标达到国际先进水平。另外在光学微纳结构设计上采用一定的工艺和技术，通过薄膜表面结构达到增加光线的折返以提高量子点的激发效率，可以更好的提升光效等各项功能指标。