量子點(diǎn)液晶顯示器專利技術(shù)分析

曹夢(mèng)軍 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心

一、量子點(diǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介

液晶顯示器中液晶本身并不能發(fā)光，需要借助背光源才能工作，所以對(duì)背光系統(tǒng)的改進(jìn)是提升顯示技術(shù)、改善顯示效果的重要方向之一，背光源主要經(jīng)歷了CCFL、白光LED兩個(gè)階段，但目前LED-LCD的色域很難超過(guò)90%NTSC[1]。

量子點(diǎn)具有發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)諧、發(fā)光峰窄、發(fā)光效率高等特點(diǎn)，作為一種新型發(fā)光材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注，其可以通過(guò)控制形狀結(jié)構(gòu)來(lái)控制光源的相對(duì)光譜能量分布從而提供精準(zhǔn)的色譜和色純度，適合應(yīng)用于廣色域技術(shù)[2]。量子點(diǎn)不僅可以在電激發(fā)下實(shí)現(xiàn)自主發(fā)光（電致發(fā)光量子點(diǎn)技術(shù)目前還未產(chǎn)業(yè)化），還可以在光激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)100%以上NTSC，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

二、量子點(diǎn)技術(shù)專利分析

量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用于液晶顯示器的時(shí)間比較晚，2004—2010年是量子點(diǎn)技術(shù)的萌芽期，這一時(shí)期專利申請(qǐng)量比較少，從2011年開(kāi)始，相關(guān)專利申請(qǐng)量才初見(jiàn)規(guī)模并呈上升趨勢(shì)，近幾年正是量子點(diǎn)技術(shù)的高速發(fā)展期。

從專利申請(qǐng)量來(lái)講，國(guó)內(nèi)的華星光電、京東方以及青島海信占據(jù)申請(qǐng)量的前三，特別是華星光電和京東方，其申請(qǐng)量遠(yuǎn)多于其他公司，占據(jù)總申請(qǐng)量的一半?？梢?jiàn)，在量子點(diǎn)技術(shù)方面，華星光電和京東方具有很大的話語(yǔ)權(quán)，它們的動(dòng)態(tài)值得關(guān)注。

從申請(qǐng)人的國(guó)別來(lái)講，除了我國(guó)，韓國(guó)（如三星、LG）、日本（如富士、索尼、夏普）也投入了相當(dāng)多的研究，需要說(shuō)明的是，雖然我國(guó)在申請(qǐng)量占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但就量子點(diǎn)技術(shù)而言，三星、LG的技術(shù)力量不可小視，它們掌握不少基礎(chǔ)、核心技術(shù)。

三、量子點(diǎn)技術(shù)的分布

在量子點(diǎn)液晶顯示器中，主流方法是利用藍(lán)光LED激發(fā)紅、綠光量子點(diǎn)材料分別發(fā)出紅、綠光，并同剩余的藍(lán)光混色成白光，這種白光就作為液晶顯示器的背光源。作為廣色域技術(shù)的具體手段，量子點(diǎn)技術(shù)還可應(yīng)用于彩色濾光片、偏光片或其他光學(xué)片上。

量子點(diǎn)技術(shù)的改進(jìn)大體上分為結(jié)構(gòu)方面和制作工藝方面。

在結(jié)構(gòu)方面，主要應(yīng)用在彩色濾光片、偏光片以及背光單元上面。

例如華星光電的CN104516039A公開(kāi)量子點(diǎn)彩色濾光片的制作方法，其利用Bewendi法合成具有殼核結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)，通過(guò)改變不同條件來(lái)獲得不同粒徑大小的量子點(diǎn)，然后對(duì)上述量子點(diǎn)進(jìn)行表面處理，再與樹(shù)脂、單體、光引發(fā)劑以及添加劑溶解在溶劑中形成分散液，再形成像素圖案制作彩色濾光片。華星光電的CN105204106A還公開(kāi)了量子點(diǎn)偏光片的制作方法，通過(guò)將量子點(diǎn)層與偏光層分別形成在不同的基材上而分別得到量子點(diǎn)膜片、偏光膜片，然后將兩者貼和得到量子點(diǎn)偏光片。

針對(duì)背光單元的改進(jìn)主要是在導(dǎo)光板、光學(xué)膜片或偏光片的側(cè)方設(shè)置量子點(diǎn)層，中國(guó)臺(tái)灣的友達(dá)光電、青島海信以及納晶科技等均有公開(kāi)相關(guān)的技術(shù)。例如友達(dá)光電的CN102297369A通過(guò)在光學(xué)膜片中設(shè)置量子點(diǎn)材料層來(lái)提高光的利用率，CN1052 42457A則采用雙導(dǎo)光板配合量子點(diǎn)層技術(shù)，增加光能量的利用效率；還有一些改進(jìn)集中在背光源上，例如CN105068314A、CN105278159A都是通過(guò)量子點(diǎn)層與背光源的配合從而增加光線的利用率，減少厚度等。

也有公司提出了將傳統(tǒng)的熒光技術(shù)與量子點(diǎn)技術(shù)相結(jié)合的思路，如上海中航光電的CN104483778A公開(kāi)了于背光單元中同時(shí)采用熒光粉和量子點(diǎn)激發(fā)發(fā)光兩種方式發(fā)出白光，藍(lán)光LED的包覆結(jié)構(gòu)設(shè)置傳統(tǒng)的熒光粉實(shí)現(xiàn)高亮度白光，同時(shí)在背光單元的光學(xué)膜片上設(shè)置量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高純度白光，與僅采用量子點(diǎn)發(fā)光方式相比，發(fā)出的白光亮度更高，同時(shí)還能藉由量子點(diǎn)技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)保證顯示裝置的色彩飽和度。

在制作工藝方面，青島海信的CN105 425463A公開(kāi)了石墨烯生長(zhǎng)方法，在惰性氣氛和催化劑的作用下，采用常壓化學(xué)氣相沉積法在襯底上生長(zhǎng)少層石墨烯層；采用化學(xué)腐蝕法，將少層石墨烯層與襯底分離；將少層石墨烯層分散在有機(jī)揮發(fā)溶劑中，得到設(shè)定濃度的少層石墨烯分散液；將設(shè)定濃度的對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET分散液與少層石墨烯分散液混合，涂覆在襯底上制備第一薄膜結(jié)構(gòu)；采用光學(xué)膠將第一薄膜結(jié)構(gòu)和量子點(diǎn)層進(jìn)行組裝，得到量子點(diǎn)光學(xué)膜片。CN106433611A還公開(kāi)了濕凝膠的制備方法：先制備分散有量子點(diǎn)的濕凝膠；再利用超臨界干燥法或者冷凍干燥法將濕凝膠轉(zhuǎn)變成為氣凝膠，得到量子點(diǎn)材料。CN1063380818A還公開(kāi)了利用羧基的配位作用控制量子點(diǎn)的生長(zhǎng)：向具有羧基側(cè)基的聚醚酮溶液中加入II B族元素的乙酸鹽，在惰性氣體保護(hù)下攪拌混合均勻；將得到的反應(yīng)體系的溫度加熱至預(yù)設(shè)溫度；向得到的反應(yīng)體系中加入硒脲或硫脲并檢測(cè)反應(yīng)體系的發(fā)光波長(zhǎng)，當(dāng)反應(yīng)體系的發(fā)光波長(zhǎng)達(dá)到預(yù)設(shè)波長(zhǎng)時(shí)得到量子點(diǎn)材料。LG的 CN106188398A則公開(kāi)了另一種制備方法：將InP/ZnS芯-殼量子點(diǎn)粉末添加到丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸異冰片酯中，然后混合包含極性部分和非極性部分的低聚物并攪拌，從而制備量子點(diǎn)分散液。

從上述公開(kāi)的技術(shù)來(lái)看，目前量子點(diǎn)技術(shù)主要的改進(jìn)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)方面和制作工藝方面。結(jié)構(gòu)方面主要用于提高光的利用率、改善視覺(jué)效果和減少損耗，例如彩色濾光片、偏光片以及背光單元。材料方面主要是形成量子點(diǎn)的工藝，不同的工藝得到的量子點(diǎn)的效果不同。

四、結(jié)語(yǔ)

量子點(diǎn)背光技術(shù)有可能是液晶顯示器的最后一次革命，引入量子點(diǎn)技術(shù)的液晶顯示器在色彩還原率、色域覆蓋率等方面都得到了顯著的提高。但其也面臨著一些難題，例如：量子點(diǎn)受高溫和強(qiáng)光的影響還比較大，影響其壽命，需要進(jìn)一步優(yōu)化合成工藝和封閉方式；發(fā)光性能較好的Cd基量子點(diǎn)中存在毒性元素Cd，無(wú)Cd基量子點(diǎn)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)；雖然量子點(diǎn)液晶顯示器的制作成本比OLED要低，但相比普通LED背光的液晶顯示器，其成本還是偏高，需要進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝降低成本。