利亚德&赛富乐斯半导体：2024年T003-量子点（QD-mLED）直显解决方案白皮书

量子点（QD-mLED） 直显解决方案 白皮书 利亚德光电股份有限公司赛富乐斯半导体科技有限公司 联合发布 目录 前言1-3. 一、量子点直显屏优势及特点总览4. 二、量子点直显屏优势详解5-15. 可视角度色彩表现 ····································································································5. ····································································································8. 产品生产与使用环保12. 使用稳定性14. 三、量子点直显屏产品规格16. 四、量子点直显屏可靠性表现17-19. 五、量子点直显屏应用场景与落地案例20-22. 六、附录23-46. 前言 量子点是当前显示科技中非常优秀的色彩表现材料。市面上传统LED直显的色域极限是Rec.2020标准的88%，传统的液晶（LCD）显示的色域极限是Rec.2020标准的97.3% （CIE1976）1，而量子点材料产生的单色光几乎可以覆盖人眼看到的所有自然界色彩，并且能够提供更饱和的颜色，因此可以达到100%的Rec.2020色域范围覆盖2。 图1量子点LED全彩显示色域范围与Rec.2020标准对比示意图3 量子点（QuantumDots）是一类具有独特光学和电学性质的半导体纳米晶体，同时也是一种光致发光材料。2023年，诺贝尔化学奖授予了孟吉·巴文迪（MoungiG.Bawendi）、路易斯·布鲁斯（LouisE.Brus）和阿列克谢·叶基莫夫（AlekseyYekimov），以表彰他们“发现和合成量子点”的贡献4。 量子点的最独特之处在于其发光波长与特性取决于粒径尺寸，其直径通常在2到10纳米之间。由于其量子限制效应，量子点的电子和空穴在三个维度上被限制，从而导致它们的能带结构和光学性质显著不同。尺寸较小的量子点会发射较短波长的光（例如蓝光）， 1Chen,H.,Zhu,R.,He,J.,Duan,W.,Hu,W.,Lu,Y.,Li,M.,Lee,S.,Dong,Y.,&Wu,S.(2017).Going beyondthelimitofanLCD’scolorgamut.Light,Science&Applications,6. 2Manders,J.R.,Qian,L.,Titov,A.,Hyvonen,J.,Tokarz‐Scott,J.,Xue,J.,&Holloway,P.H.(2015).8.3:distinguishedpaper:Next‐generationdisplaytechnology:Quantum‐Dotleds.SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers,46(1),73–75.https://doi.org/10.1002/sdtp.10276 3RuidongZhu,ZhenyueLuo,HaiweiChen,YajieDong,andShin-TsonWu,"RealizingRec.2020colorgamutwithquantumdotdisplays,"Opt.Express23,23680-23693(2015) 4Thenobelprizeinchemistry2023.NobelPrize.org.(n.d.).https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/summary/ -1- 而尺寸较大的量子点则会发射较长波长的光（例如红光）。这种尺寸依赖的发光特性使得量子点在显示技术中得到了广泛应用，例如量子点作为背光的QD-LCD显示器，量子点使其能够提供更宽广的色域5。 量子点技术的影响力仍在不断扩展，量子点发光二极管、光电探测器、生物荧光标记技术的进步，以及量子点激光器和量子计算机的巨大应用前景，充分展示了量子点对科学与技术发展的迅速推动作用。 2010年代是量子点显示技术的初步商业化阶段。三星、索尼等主要厂商纷纷推出基于量子点技术的电视产品，利用量子点背光技术显著提高了液晶显示器（LCD）的色域和亮度6。 进入2020年代，量子点显示技术继续快速发展。研究重点包括自发光量子点显示器 （QLED）以及OLED蓝光结合的光转换量子点直显（QD-OLED）等等。同时，量子点技术也被引入柔性显示器和可穿戴设备，推动显示技术进入新纪元7。然而，在实际应用中，量子点产品仍然面临高光强下可靠性差和小尺寸下转换效率低的限制。因此，目前它们主要应用于背光和OLED等低光强产品，无法完全展现其在色彩等方面的优势，尚未能真正成为直显产品。 基于独家的纳米孔量子点（NPQD®）技术，赛富乐斯半导体科技有限公司 （Saphlux,Inc.）首次实现了量子点直显产品的突破。公司创造性地将Mini/Micro-LED芯片与量子点色转换层原位集成（in-situintegration），并于2023年正式量产基于该技术的R系列量子点芯片。纳米孔结构是量子点材料的天然容器，在提供充分有效光径的同时，为量子点材料提供保护，为可靠性提供保障，是目前效率、量产可行性领先的量子点 色转换方案8。其转换效率是传统量子点色转换方案的三倍，可靠性提升两个数量级【图2】。 5Cotta,M.A.(n.d.).QuantumDotsandTheirApplications:WhatLiesAhead?.ACSAppliedNanoMaterials20203(6),4920-4924DOI:10.1021/acsanm.0c01386. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c01386 6Kim,T.H.,Cho,H.,&Lee,J.H.(2011).Full-colorquantumdotdisplaysfabricatedbytransferprinting.NaturePhotonics,5(3),176-182 7Kim,T.H.,Cho,H.,&Lee,J.H.(2011).Full-colorquantumdotdisplaysfabricatedbytransferprinting.NaturePhotonics,5(3),176-182 8JieSong,JooWonChoi,ChenChen,KaiWang,DanWu,"ApplicationofporousGaNformicroLED,"Proc.SPIE11280,GalliumNitrideMaterialsandDevicesXV,112801E(16February2020);https://doi.org/10.1117/12.2545330 -2- 基于R系列量子点芯片，利亚德光电股份有限公司（LeyardOptoelectronicCo.,Ltd.）与赛富乐斯共同研发了量子点直显屏系列产品，将量子点直显产品正式推向市场。自2024年起，Mini/Micro-LED自发光（直显）量子点直显大屏正式开启商业化进程，引领量子点显示科技进入新时代。 图2纳米孔量子点（NPQD®）与量子点膜色转换效率对比数据9 9Saphlux.(n.d.).Technology.Saphlux.RetrievedJuly31,2024,fromhttps://www.saphlux.com/technology -3- 一、量子点直显屏优势及特点总览 优势方面 量子点直显屏 传统直显屏 色彩表现 无色偏 全角度无色偏，色温变化小于200K，比传统屏提升15倍。 大角度偏色严重，色温变化超过3000K。 视角更大 水平170°/垂直170°。 水平150°/垂直150°。 全角度高色准 芯片级三色光型一致，各角度观看时色准表现如一。 红光光型明显区别于蓝绿，各角度观看时色准变化大。 色域更广 红光色点可达Rec.2020色域标准。 红光色点差，色域范围更小。 红光一致性更佳 屏上红光波长差异小于0.2nm且各批次产品色彩一致，各区域画面色彩均匀。 屏上红光波长差异大于2nm且批次间差异大于4nm，各区域画面色彩不均匀。 色彩稳定性更佳 在电流及温度变化下色彩稳定，画面更均匀且能够在长时间开机时保持稳定。 红光芯片易受电流及温度变化的影响，亮度和波长波动大，影响画面色彩，且在长时间开机后色彩不稳定。 环保 无砷环保新标准 量子点直显屏无砷无毒，更环保安全，贯彻企业社会责任。附《无砷检测报告》。 含有剧毒砷元素，且在生产过程中产生剧毒的磷烷气体，对环境有极大危害。 使用稳定性 散热表现更优 量子点芯片采用的氮化镓材料热导率较高，有助于屏幕散热。 传统砷化镓材质芯片的热导率较低，散热能力较差，屏体表面温升较多。 芯片硬度更高 量子点芯片所采用的氮化镓材料有更高强度/硬度，不易因轻微磕碰产生损坏。 传统红光芯片采用的砷化镓材料物理性质较脆，在生产和使用过程中损坏风险更高。 统一IC控制 三色芯片同材质，驱动电压一致，可通过一套IC系统控制，降低故障率及维护成本。 传统红光芯片材料与蓝绿不同，不可使用相同电压驱动，系统复杂性增加故障风险，潜在维护成本高。 表1量子点直显屏优势及特点总览 -4- 二、量子点直显屏优势详解 可视角度 可视角度是衡量任何商显屏幕优劣的重要标准之一。考虑到此类屏幕的应用场景，如会议室、演出场馆、展厅和商业中心等，通常人员众多且位置分散，需要从不同角度同时观看屏幕。因此，屏幕需要具有足够大的可视角度，并保证各角度观看的画面色彩与亮度一致。 对于传统直显屏而言，在不同视角，尤其是大视角下保持色彩一致，色准依旧是最主要的挑战之一。由于传统直显屏通常采用磷化铝铟镓红光芯片，与氮化镓材料的蓝绿光芯片不同，材质自身折射率等性质不同导致了芯片层级的出光角度差异10。整屏显示效果表明，传统磷化铝铟镓红光芯片在大角度下亮度不足，导致屏幕整体从大角度观看时色彩偏青色。 10Wang,Y.,&Liu,S.(2018).PerformanceanalysisofCOBLEDdisplaysinvariousenvironmentalconditions.OpticsExpress,26(10),13420-13430. -5- 1.大视角下15倍色准提升 将量子点直显屏与封装配置相同传统直显屏进行直接对比测试时，在大角度下，量子点直显屏色温变化比传统直显屏小15倍【图4】，即显示的色准提升了15倍。经充分发挥三色光型一致的优势，量子点直显屏水平与垂直可视角皆达到170˚【图4】。 图3大角度下白光画面色偏对比实拍 图4随角度变化色温变化值对比 -6- 2.各视角色彩不变 量子点直显屏系列产品中采用的量子点红光芯片可以有效解决红光光型不一致的问题。量子点红光芯片采用了氮化镓材料的纳米孔量子点色转化层加同材料蓝光LED的色转换方 案，制成与蓝绿芯片材料一致的量子点红光芯片。该红光芯片与蓝绿结合后，在量子点直显屏中，三色芯片光源所散发的朗伯体光型接近一致【图5】。经过实际测量，在0˚（正面视角）、30˚、45˚、60˚、85˚所得色温测量结果，量子点直显屏色温偏移值均小于传统直显屏【表2】。 图5量子点直显屏三色光型与传统直显屏对比 0˚ 30˚ 45˚ 60˚ 85˚ 量子点直显屏 9112.3587 8624.1768 8805.9543 8855.5902 8882.9201 传统直显屏 9583.6627 9157.4093 9439.6014 10564.1428 12431.5170 表2量子点直显屏与传统直显屏白平衡画面下不同角度色温对比 -7- 色彩表现 Mini/Micro-LED直显屏具有单颗像素受独立