量子點液晶顯示器專利技術分析

曹夢軍 國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心

一、量子點技術簡介

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

量子點具有發光波長可調諧、發光峰窄、發光效率高等特點，作為一種新型發光材料受到了越來越多的關注，其可以通過控制形狀結構來控制光源的相對光譜能量分布從而提供精準的色譜和色純度，適合應用于廣色域技術[2]。量子點不僅可以在電激發下實現自主發光（電致發光量子點技術目前還未產業化），還可以在光激發下實現光轉換，可以實現100%以上NTSC，已經成為研究熱點。

二、量子點技術專利分析

量子點技術應用于液晶顯示器的時間比較晚，2004—2010年是量子點技術的萌芽期，這一時期專利申請量比較少，從2011年開始，相關專利申請量才初見規模并呈上升趨勢，近幾年正是量子點技術的高速發展期。

從專利申請量來講，國內的華星光電、京東方以及青島海信占據申請量的前三，特別是華星光電和京東方，其申請量遠多于其他公司，占據總申請量的一半。可見，在量子點技術方面，華星光電和京東方具有很大的話語權，它們的動態值得關注。

從申請人的國別來講，除了我國，韓國（如三星、LG）、日本（如富士、索尼、夏普）也投入了相當多的研究，需要說明的是，雖然我國在申請量占據優勢，但就量子點技術而言，三星、LG的技術力量不可小視，它們掌握不少基礎、核心技術。

三、量子點技術的分布

在量子點液晶顯示器中，主流方法是利用藍光LED激發紅、綠光量子點材料分別發出紅、綠光，并同剩余的藍光混色成白光，這種白光就作為液晶顯示器的背光源。作為廣色域技術的具體手段，量子點技術還可應用于彩色濾光片、偏光片或其他光學片上。

量子點技術的改進大體上分為結構方面和制作工藝方面。

在結構方面，主要應用在彩色濾光片、偏光片以及背光單元上面。

例如華星光電的CN104516039A公開量子點彩色濾光片的制作方法，其利用Bewendi法合成具有殼核結構的量子點，通過改變不同條件來獲得不同粒徑大小的量子點，然后對上述量子點進行表面處理，再與樹脂、單體、光引發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還公開了量子點偏光片的制作方法，通過將量子點層與偏光層分別形成在不同的基材上而分別得到量子點膜片、偏光膜片，然后將兩者貼和得到量子點偏光片。

針對背光單元的改進主要是在導光板、光學膜片或偏光片的側方設置量子點層，中國臺灣的友達光電、青島海信以及納晶科技等均有公開相關的技術。例如友達光電的CN102297369A通過在光學膜片中設置量子點材料層來提高光的利用率，CN1052 42457A則采用雙導光板配合量子點層技術，增加光能量的利用效率；還有一些改進集中在背光源上，例如CN105068314A、CN105278159A都是通過量子點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的熒光技術與量子點技術相結合的思路，如上海中航光電的CN104483778A公開了于背光單元中同時采用熒光粉和量子點激發發光兩種方式發出白光，藍光LED的包覆結構設置傳統的熒光粉實現高亮度白光，同時在背光單元的光學膜片上設置量子點實現高純度白光，與僅采用量子點發光方式相比，發出的白光亮度更高，同時還能藉由量子點技術的先天優勢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公開了石墨烯生長方法，在惰性氣氛和催化劑的作用下，采用常壓化學氣相沉積法在襯底上生長少層石墨烯層；采用化學腐蝕法，將少層石墨烯層與襯底分離；將少層石墨烯層分散在有機揮發溶劑中，得到設定濃度的少層石墨烯分散液；將設定濃度的對苯二甲酸乙二醇酯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構；采用光學膠將第一薄膜結構和量子點層進行組裝，得到量子點光學膜片。CN106433611A還公開了濕凝膠的制備方法：先制備分散有量子點的濕凝膠；再利用超臨界干燥法或者冷凍干燥法將濕凝膠轉變成為氣凝膠，得到量子點材料。CN1063380818A還公開了利用羧基的配位作用控制量子點的生長：向具有羧基側基的聚醚酮溶液中加入II B族元素的乙酸鹽，在惰性氣體保護下攪拌混合均勻；將得到的反應體系的溫度加熱至預設溫度；向得到的反應體系中加入硒脲或硫脲并檢測反應體系的發光波長，當反應體系的發光波長達到預設波長時得到量子點材料。LG的 CN106188398A則公開了另一種制備方法：將InP/ZnS芯-殼量子點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，從而制備量子點分散液。

從上述公開的技術來看，目前量子點技術主要的改進點在于結構方面和制作工藝方面。結構方面主要用于提高光的利用率、改善視覺效果和減少損耗，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的工藝，不同的工藝得到的量子點的效果不同。

四、結語

量子點背光技術有可能是液晶顯示器的最后一次革命，引入量子點技術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：量子點受高溫和強光的影響還比較大，影響其壽命，需要進一步優化合成工藝和封閉方式；發光性能較好的Cd基量子點中存在毒性元素Cd，無Cd基量子點已經成為一種趨勢；雖然量子點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，需要進一步優化制備工藝降低成本。