量子点液晶显示器专利技术分析

曹梦军 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心

一、量子点技术简介

液晶显示器中液晶本身并不能发光，需要借助背光源才能工作，所以对背光系统的改进是提升显示技术、改善显示效果的重要方向之一，背光源主要经历了CCFL、白光LED两个阶段，但目前LED-LCD的色域很难超过90%NTSC[1]。

量子点具有发光波长可调谐、发光峰窄、发光效率高等特点，作为一种新型发光材料受到了越来越多的关注，其可以通过控制形状结构来控制光源的相对光谱能量分布从而提供精准的色谱和色纯度，适合应用于广色域技术[2]。量子点不仅可以在电激发下实现自主发光（电致发光量子点技术目前还未产业化），还可以在光激发下实现光转换，可以实现100%以上NTSC，已经成为研究热点。

二、量子点技术专利分析

量子点技术应用于液晶显示器的时间比较晚，2004—2010年是量子点技术的萌芽期，这一时期专利申请量比较少，从2011年开始，相关专利申请量才初见规模并呈上升趋势，近几年正是量子点技术的高速发展期。

从专利申请量来讲，国内的华星光电、京东方以及青岛海信占据申请量的前三，特别是华星光电和京东方，其申请量远多于其他公司，占据总申请量的一半。可见，在量子点技术方面，华星光电和京东方具有很大的话语权，它们的动态值得关注。

从申请人的国别来讲，除了我国，韩国（如三星、LG）、日本（如富士、索尼、夏普）也投入了相当多的研究，需要说明的是，虽然我国在申请量占据优势，但就量子点技术而言，三星、LG的技术力量不可小视，它们掌握不少基础、核心技术。

三、量子点技术的分布

在量子点液晶显示器中，主流方法是利用蓝光LED激发红、绿光量子点材料分别发出红、绿光，并同剩余的蓝光混色成白光，这种白光就作为液晶显示器的背光源。作为广色域技术的具体手段，量子点技术还可应用于彩色滤光片、偏光片或其他光学片上。

量子点技术的改进大体上分为结构方面和制作工艺方面。

在结构方面，主要应用在彩色滤光片、偏光片以及背光单元上面。

例如华星光电的CN104516039A公开量子点彩色滤光片的制作方法，其利用Bewendi法合成具有壳核结构的量子点，通过改变不同条件来获得不同粒径大小的量子点，然后对上述量子点进行表面处理，再与树脂、单体、光引发剂以及添加剂溶解在溶剂中形成分散液，再形成像素图案制作彩色滤光片。华星光电的CN105204106A还公开了量子点偏光片的制作方法，通过将量子点层与偏光层分别形成在不同的基材上而分别得到量子点膜片、偏光膜片，然后将两者贴和得到量子点偏光片。

针对背光单元的改进主要是在导光板、光学膜片或偏光片的侧方设置量子点层，中国台湾的友达光电、青岛海信以及纳晶科技等均有公开相关的技术。例如友达光电的CN102297369A通过在光学膜片中设置量子点材料层来提高光的利用率，CN1052 42457A则采用双导光板配合量子点层技术，增加光能量的利用效率；还有一些改进集中在背光源上，例如CN105068314A、CN105278159A都是通过量子点层与背光源的配合从而增加光线的利用率，减少厚度等。

也有公司提出了将传统的荧光技术与量子点技术相结合的思路，如上海中航光电的CN104483778A公开了于背光单元中同时采用荧光粉和量子点激发发光两种方式发出白光，蓝光LED的包覆结构设置传统的荧光粉实现高亮度白光，同时在背光单元的光学膜片上设置量子点实现高纯度白光，与仅采用量子点发光方式相比，发出的白光亮度更高，同时还能藉由量子点技术的先天优势保证显示装置的色彩饱和度。

在制作工艺方面，青岛海信的CN105 425463A公开了石墨烯生长方法，在惰性气氛和催化剂的作用下，采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层；采用化学腐蚀法，将少层石墨烯层与衬底分离；将少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中，得到设定浓度的少层石墨烯分散液；将设定浓度的对苯二甲酸乙二醇酯PET分散液与少层石墨烯分散液混合，涂覆在衬底上制备第一薄膜结构；采用光学胶将第一薄膜结构和量子点层进行组装，得到量子点光学膜片。CN106433611A还公开了湿凝胶的制备方法：先制备分散有量子点的湿凝胶；再利用超临界干燥法或者冷冻干燥法将湿凝胶转变成为气凝胶，得到量子点材料。CN1063380818A还公开了利用羧基的配位作用控制量子点的生长：向具有羧基侧基的聚醚酮溶液中加入II B族元素的乙酸盐，在惰性气体保护下搅拌混合均匀；将得到的反应体系的温度加热至预设温度；向得到的反应体系中加入硒脲或硫脲并检测反应体系的发光波长，当反应体系的发光波长达到预设波长时得到量子点材料。LG的 CN106188398A则公开了另一种制备方法：将InP/ZnS芯-壳量子点粉末添加到丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸异冰片酯中，然后混合包含极性部分和非极性部分的低聚物并搅拌，从而制备量子点分散液。

从上述公开的技术来看，目前量子点技术主要的改进点在于结构方面和制作工艺方面。结构方面主要用于提高光的利用率、改善视觉效果和减少损耗，例如彩色滤光片、偏光片以及背光单元。材料方面主要是形成量子点的工艺，不同的工艺得到的量子点的效果不同。

四、结语

量子点背光技术有可能是液晶显示器的最后一次革命，引入量子点技术的液晶显示器在色彩还原率、色域覆盖率等方面都得到了显著的提高。但其也面临着一些难题，例如：量子点受高温和强光的影响还比较大，影响其寿命，需要进一步优化合成工艺和封闭方式；发光性能较好的Cd基量子点中存在毒性元素Cd，无Cd基量子点已经成为一种趋势；虽然量子点液晶显示器的制作成本比OLED要低，但相比普通LED背光的液晶显示器，其成本还是偏高，需要进一步优化制备工艺降低成本。