这项被认为超越CSP的革新技术,正在从实验室走向应用

高工LED · 2016-08-24

1981年,一种全新概念的纳米级半导体发光粒子被发现,我们且称作“量子点”(QuantumDot,QD)。从发现到前一个10年的时间里,人们还仅仅在学术的角度研究它的性质,又过了10年的时间也基本上没有找到它的应用领域。

2000年以后,量子点制备技术的提高带动了其应用领域的发展,尤其是量子点技术的光谱随尺寸可调、斯托克斯位移大、发光效率高、发光稳定性好等一系列独特的光学性能更是成为近年来研究的焦点,并取得了重大进展。

目前,量子点生物技术首先在医药学上得到应用,量子点电视显示屏已经出现,量子点LED(QLED)光源也在实验室里诞生。

简单来说,量子点是一种新型的液晶屏幕背光技术,通过在LED光源中集成量子点材质,中和液晶屏幕特有的蓝色光,实现更好的对比度和黑色水平。

量子点LED(QLED)技术才是LED之王。Wicop、CSP无封装技术想统领LED业界,分量还不够。另外,OLED估计悲剧了,还没来得及灿烂盛放,就要迎接QLED时代的来临。

量子点是一种纳米晶体。其组成元素已经不仅仅局限于Ⅱ-Ⅵ族(BaS、CdTe等)或Ⅲ-Ⅴ族(GaAs、InGaAs)到现在的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族(AgInS2等)的几种元素,随着研究的深入,还有更多的体系组成将被开发出来。

量子点大多为无机化合物,其性能稳定、可在水中形成胶体,尺寸在1~20nm之间,这相当于5~100个原子直径的尺寸。量子点的3个维度都在100nm以下,从尺寸上讲,量子点是准零维度的纳米材料。

在量子点所有的与激发和发光密切相关的特性中让我们尤为感兴趣的是表面效应、量子限域效应和尺寸效应。

量子点是QLED发光的基本材料。实现QLED发光的主要有两种形式:一是采用在GaN基LED中作为光转换层,有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色光;二是采用其电致发光形式,将其涂敷于薄膜电极之间而发光。

电视机和移动设备等高端消费电子产品制造商正开始转向采用量子点(QD)来丰富其液晶显示屏的亮度和色彩品质。稳定、无镉量子点的问世有望加快量子点技术在消费电子产品中的应用。

小间距LED显示屏结合量子点技术的结合广受市场瞩目。

现阶段小间距LED显示屏应用在室内100寸~150寸已经渐趋成熟。但以目前技术来说,PLCC的LED封装体的缩小尺寸极限约在0505(mm)。若想要进一步做到100寸以下的小间距LED显示屏,LED微缩就面临了成本与波长均一度的挑战。

目前,一般蓝光波长均匀性的量产水准是5~12nm,而小间距LED的波长均一度目标是3~4nm。另外,当LED封装体的尺寸持续缩小时,为了避免打线造成体积增加,红光LED需从垂直(Vertical)改成覆晶(flipchip)形式,成本甚至超过蓝光LED和绿光LED在小间距显示屏的成本总和达一倍之多。

晶电(Epistar)突破限制的做法,便是结合CSP和量子点(QD)技术,透过量子点光转换,解决蓝绿光LED波长均匀性不佳,以及红光LED覆晶昂贵的问题。

晶电的量子点小间距LED,封装体尺寸可做到0303甚至0202(mm),点距(pitch)达到0.5mm以下。以解析度的业界标准而言,这样的LED封装体,甚至可做到60寸以下的小显示器,可望大幅打开小间距LED显示屏的应用范围。

作为照明用的QLED,它有3个突出的优点:①能发射出全光谱,即涵盖整个可见光和红外光区;②它们能局限量子发光性质,并释放出较小频宽的色光,发射出的波长半宽度在20nm以下,因而呈现出更加饱和的光色;③量子效率可达90%,以后还将会有更高的提升空间。

量子点已经对LED技术产生了广泛的商业影响,现在,改善其制造步骤并提高利润是研究领域的重点。

据美国电气和电子工程师协会《光谱》杂志网站报道,美国俄勒冈州立大学的研究人员近日展示了一种新的量子点制造技术,不仅能保证所造量子点的大小和形状始终如一,还能进行更精确的颜色控制,可能意味着LED照明新时代的来临。

研究人员相信,这种方法将为LED照明领域带来巨大改变。由于这种方法可以制造大小和形状始终如一的量子点,其灵活性保证了制造者可以生产具有多种用途的量子点。小一些的量子点可以释放绿光,大一些的量子点可以释放橙色到红色光。

“我们可能最终会制造出低成本、高能效的LED照明,而且能达到人们所想要的白光灯的效果,”该大学化学工程副教授格雷格·赫尔曼说。研究团队认为,跟其他的量子点制造技术相比,他们的精确制造方法可以带来更好的颜色控制。

“同时,这种技术使用非毒性材料,并大大减少材料的浪费,这会降低制作成本、保护环境。”赫尔曼解释说,与LED照明系统中通常使用的镉相比,量子点使用的铜铟联硒化合物材料对环境更加友好。

近日,无镉量子点制造商Nanoco和化工厂商默克(Merck)签订全球材料供应以及授权的协议。这项授权让默克能够立即销售Nanoco的无镉量子点(CFQD)并且最终以建立自己的生产线为目标。

默克集团董事兼执行长WalterGalinat表示:「这项协议和默克的战略规划一致,只在巩固其全球市场以及显示材料的技术领先地位。无镉量子点能够大幅提升颜色范围并且明显降低能耗。无镉量子点对环境无害且同时拓展默克的显示产品线,为客户提供更丰富的产品。」

WalterGalinat表示,此次与Nanoco签订的的战略协议将会强化我们在量子点材料的研究,在我们2015年并购的以色列化工公司QlightNanotech基础上得以有更好的发展。」

CrystalplexCorp.是一家私营企业,拥有12年的量子点技术研发经验。该公司在美国宾夕法尼亚州匹兹堡市运营一个全集成的合成和试应用工厂。

该公司还宣布其已收到美国专利商标局的准许通知书,批准其使用蓝宝石壳来稳定梯度合金量子点的专利。通过采用不含镉的梯度合金纳米晶体结构,可利用透明蓝宝石壳对这些量子点进行钝化和保护。

在国内,目前包括华灿光电在内的多家大厂正在研发。

华灿光电(300323)副总裁边迪斐对高工LED表示,国内量子点技术处于研发阶段,整个产业化还是需要很长的一段路有走。

有业内人士表示,目前关键是量子点(本身是纳米技术,在应用端还有很多东西去研究)颗粒产业化生产工艺还不是特别成熟,现在还处于试验期。

在边迪斐看来,量子点技术应该是很好的应用方向,随着技术逐步成熟,会有非常好的前景。

聚飞光电(300303)此前发布公告,公司的量子点发光二极管项目目前处于研发阶段。