Research progress of quantum dot light conversion films for backlight in liquid crystal displays

YU Shi-rong; KANG Yong-yin; WANG Hai-lin; ZHU Wei

doi:10.37188/CJLCD.2022-0365

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Research progress of quantum dot light conversion films for backlight in liquid crystal displays

Quantum Dot based Liquid Crystal Display | 更新时间：2023-03-15

- Research progress of quantum dot light conversion films for backlight in liquid crystal displays
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 38, Issue 3, Pages: 291-303(2023)
- 作者机构：
  
  纳晶科技股份有限公司纳晶研究院，浙江杭州 310052
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0365
  CLC： O482.31
- Received：31 October 2022，
  
  Revised：17 November 2022，
  
  Published：05 March 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
YU Shi-rong, KANG Yong-yin, WANG Hai-lin, et al. Research progress of quantum dot light conversion films for backlight in liquid crystal displays[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(3): 291-303.
DOI：

YU Shi-rong, KANG Yong-yin, WANG Hai-lin, et al. Research progress of quantum dot light conversion films for backlight in liquid crystal displays[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(3): 291-303. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0365.

摘要

胶体量子点由于具有宽吸收、窄发射、可溶液加工等优异光学特性，可以赋能液晶显示技术实现高色域的画质效果而获得越来越多的产业应用，目前应用范围较广的产品为量子点光转换膜。典型的量子点光转换膜为上下阻隔膜加中间量子点树脂的三明治结构：上下阻隔膜起到隔绝水、氧，实现保护量子点中间层的作用；量子点树脂层为实现量子点光转换效果的重要载体，一般包含红色和绿色量子点材料，在背光蓝色LED的激发下发射红光和绿光，并与透过的蓝光一起实现R/G/B的三基色白光，可以实现100% NTSC以上色域覆盖。量子点光转换膜从最开始昂贵的高阻隔（10

-3

~10

-4

g·m

-2

·day

-1

）方案逐渐发展为高性价比的较低阻隔（10

-1

g·m

-2

·day

-1

）技术方案，进而使产品应用得到普及。其产品形态也从最开始的大尺寸电视产品1 397~2 159 mm （55~85 in），逐步渗透到显示器、笔记本、车载、平板、VR以及可穿戴等中小尺寸显示产品等。因其能够大幅提高产品的色彩显现力和产品附加值，从而获得品牌客户和消费者越来越多的认可。本文从量子点光转换膜的结构、功能着手，综述了量子点光转换膜的技术发展过程、最新的研究进展、标准研制情况以及市场发展趋势等。

Abstract

Colloidal quantum dots （QDs）， due to their excellent optical property， such as broad absorb range， narrow emission and solution processability， have received more widespread application in liquid crystal display， enabling the wide color gamut， with quantum dot light conversion film （Q-LCF） as the main commercial product. Typical Q-LCF structure is a sandwich structure with a layer of QD containing resin between two barrier films. The barrier film plays the role of preventing the QD resin from water and oxygen to protect the QD， the key material to realize the optical conversion performance. Generally， QD resin includes red and green quantum dots， which emit red and green light under the excitation of the backlight blue LED， and achieve RGB three primary colors， together with the transmitted blue light. The Q-LCF has gradually developed from using the expensive high grade barrier films（10

-3

~10

-4

g·m

-2

·day

-1

） to the cost-effective low grade barrier films（10

-1

g·m

-2

·day

-1

）， which makes the Q-LCF spencentrating widely in LCD products， starting from large size TV products 1 397~2 159 mm（55~85 in）， to monitor， laptop， automotive tablet， VR display and wearable products. For its greatly improved the color display capacity and added value of products， the Q-LCF has gained more and more recognition from brand customers and end users. Based on the structure and function of Q-LCF， this paper reviews the technological development process and discusses the latest research progress， technology， standard and market development trend of Q-LCF.

关键词

Keywords

references

张锋，薛建设，喻志农，等 . 量子点发光在显示器件中的应用［J］. 液晶与显示， 2012 ， 27 （ 2 ）： 163 - 167 ． doi: 10.3788/yjyxs20122702.0163 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20122702.0163

ZHANG F ， XUE J S ， YU Z N ， et al . Quantum-dot light emitting device for displays ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 163 - 167 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20122702.0163 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20122702.0163

LIU Z J ， LIN C H ， HYUN B R ， et al . Micro-light-emitting diodes with quantum dots in display technology ［J］. Light： Science & Applications ， 2020 ， 9 ： 83 . doi: 10.1038/s41377-020-0268-1 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-020-0268-1

SHIRASAKI Y ， SUPRAN G J ， BAWENDI M G ， et al . Emergence of colloidal quantum-dot light-emitting technologies ［J］. Nature Photonics ， 2013 ， 7 （ 1 ）： 13 - 23 . doi: 10.1038/nphoton.2012.328 http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.328

CHEN J ， HARTLOVE J ， HARDEV V ， et al . High efficiency LCDs using quantum dot enhancement films ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2014 ， 45 （ 1 ）： 1428 - 1430 . doi: 10.1002/j.2168-0159.2014.tb00377.x http://dx.doi.org/10.1002/j.2168-0159.2014.tb00377.x

KANG H ， KIM S ， OH J H ， et al . Color-by-blue QD-emissive LCD enabled by replacing RGB color filters with narrow-band GR InP/ZnSeS/ZnS QD films ［J］. Advanced Optical Materials ， 2018 ， 6 （ 11 ）： 1701239 . doi: 10.1002/adom.201701239 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201701239

HUANG B L ， CHEN E G ， SUN L ， et al . Quantum-dot color conversion film patterned by screen printing and overprinting process for display backlights ［J］. Optics & Laser Technology ， 2022 ， 145 ： 107486 . doi: 10.1016/j.optlastec.2021.107486 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107486

XIONG J H ， WU S T . Planar liquid crystal polarization optics for augmented reality and virtual reality： from fundamentals to applications ［J］. eLight ， 2021 ， 1 ： 3 . doi: 10.1186/s43593-021-00003-x http://dx.doi.org/10.1186/s43593-021-00003-x

康永印，宋志成，乔培胜，等 . 光致发光胶体量子点研究及应用［J］. 化学进展， 2017 ， 29 （ 5 ）： 467 - 475 . doi: 10.7536/PC170216 http://dx.doi.org/10.7536/PC170216

KANG Y Y ， SONG Z C ， QIAO P S ， et al . Research and application of photo-luminescent colloidal quantum dots ［J］. Progress in Chemistry ， 2017 ， 29 （ 5 ）： 467 - 475 . （in Chinese） . doi: 10.7536/PC170216 http://dx.doi.org/10.7536/PC170216

CHEN J ， HARDEV V ， HARTLOVE J ， et al . A high-efficiency wide-color-gamut solid-state backlight system for LCDs using quantum dot enhancement film ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2012 ， 43 （ 1 ）： 895 - 896 . doi: 10.1002/j.2168-0159.2012.tb05931.x http://dx.doi.org/10.1002/j.2168-0159.2012.tb05931.x

LUO Z Y ， CHEN Y ， WU S T . Wide color gamut LCD with a quantum dot backlight ［J］. Optics Express ， 2013 ， 21 （ 22 ）： 26269 - 26284 . doi: 10.1364/oe.21.026269 http://dx.doi.org/10.1364/oe.21.026269

CHEN J ， GENSLER S ， HARTLOVE J ， et al . Quantum dots： optimizing LCD systems to achieve rec. 2020 color performance ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2015 ， 46 （ 1 ）： 173 - 175 . doi: 10.1002/sdtp.10292 http://dx.doi.org/10.1002/sdtp.10292

CHEN H W ， ZHU R D ， KÄLÄNTÄR ， K ， et al . Quantum dot-enhanced LCDs with wide color gamut and broad angular luminance distribution ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2016 ， 47 （ 1 ）： 1413 - 1416 . doi: 10.1002/sdtp.10951 http://dx.doi.org/10.1002/sdtp.10951

KO Y H ， PARK J G . Novel quantum dot enhancement film with a super-wide color gamut for LCD displays ［J］. Journal of the Korean Physical Society ， 2018 ， 72 （ 1 ）： 45 - 51 . doi: 10.3938/jkps.72.45 http://dx.doi.org/10.3938/jkps.72.45

XU B ， LI X L ， WANG Y Q . Wide color gamut switchable autostereoscopic 3D display based on directional quantum-dot backlight ［J］. Chinese Physics B ， 2019 ， 28 （ 12 ）： 124208 . doi: 10.1088/1674-1056/ab53d1 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/ab53d1

XU B ， WU Q Q ， BAO Y C ， et al . Time-multiplexed stereoscopic display with a quantum dot-polymer scanning backlight ［J］. Applied Optics ， 2019 ， 58 （ 16 ）： 4526 - 4532 . doi: 10.1364/AO.58.004526 http://dx.doi.org/10.1364/AO.58.004526

季洪雷，陈乃军，王代青，等 . Mini-LED背光技术在电视产品应用中的进展和挑战［J］. 液晶与显示， 2021 ， 36 （ 7 ）： 983 - 992 . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0042 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0042

JI H L ， CHEN N J ， WANG D Q ， et al . Development and challenges in application of mini-LED backlight technology in TV products ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2021 ， 36 （ 7 ）： 983 - 992 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0042 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0042

李才昌 . 精密涂布技术及其应用［J］. 绿色包装， 2017 （ 11 ）： 42 - 46 .

LI C C . Precision coating technology and its application ［J］. Green Packaging ， 2017 （ 11 ）： 42 - 46 . （in Chinese）

CORDERO S R ， CARSON P J ， ESTABROOK R A ， et al . Photo-activated luminescence of CdSe quantum dot monolayers ［J］. The Journal of Physical Chemistry B ， 2000 ， 104 （ 51 ）： 12137 - 12142 . doi: 10.1021/jp001771s http://dx.doi.org/10.1021/jp001771s

VAN SARK W G J H M ， FREDERIX P L T M ， BOL A A ， et al . Blueing， bleaching， and blinking of single CdSe/ZnS quantum dots ［J］. ChemPhysChem ， 2002 ， 3 （ 10 ）： 871 - 879 . doi: 10.1002/1439-7641(20021018)3:10<871::aid-cphc871>3.0.co;2-t http://dx.doi.org/10.1002/1439-7641(20021018)3:10<871::aid-cphc871>3.0.co;2-t

JONES M ， NEDELJKOVIC J ， ELLINGSON R J ， et al . Photoenhancement of luminescence in colloidal CdSe quantum dot solutions ［J］. The Journal of Physical Chemistry B ， 2003 ， 107 （ 41 ）： 11346 - 11352 . doi: 10.1021/jp035598m http://dx.doi.org/10.1021/jp035598m

MÜLLER J ， LUPTON J M ， ROGACH A L ， et al . Air-induced fluorescence bursts from single semiconductor nanocrystals ［J］. Applied Physics Letters ， 2004 ， 85 （ 3 ）： 381 - 383 . doi: 10.1063/1.1769585 http://dx.doi.org/10.1063/1.1769585

DEMBSKI S ， GRAF C ， KRÜGER T ， et al . Photoactivation of CdSe/ZnS quantum dots embedded in silica colloids ［J］. Small ， 2008 ， 4 （ 9 ）： 1516 - 1526 . doi: 10.1002/smll.200700997 http://dx.doi.org/10.1002/smll.200700997

CARRILLO-CARRIÓN C ， CÁRDENAS S ， SIMONET B M ， et al . Quantum dots luminescence enhancement due to illumination with UV/Vis light ［J］. Chemical Communications ， 2009 （ 35 ）： 5214 - 5226 . doi: 10.1039/b904381k http://dx.doi.org/10.1039/b904381k

PECHSTEDT K ， WHITTLE T ， BAUMBERG J ， et al . Photoluminescence of colloidal CdSe/ZnS quantum dots： the critical effect of water molecules ［J］. The Journal of Physical Chemistry C ， 2010 ， 114 （ 28 ）： 12069 - 12077 . doi: 10.1021/jp100415k http://dx.doi.org/10.1021/jp100415k

HU Z ， SHU Y F ， QIN H Y ， et al . Water effects on colloidal semiconductor nanocrystals： correlation of photophysics and photochemistry ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2021 ， 143 （ 44 ）： 18721 - 18732 . doi: 10.1021/jacs.1c09363 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.1c09363

DUPONT D ， TESSIER M D ， SMET P F ， et al . Indium phosphide-based quantum dots with shell-enhanced absorption for luminescent down-conversion ［J］. Advanced Materials ， 2017 ， 29 （ 29 ）： 1700686 . doi: 10.1002/adma.201700686 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201700686

PAN D C ， WANG Q ， JIANG S C ， et al . Synthesis of extremely small CdSe and highly luminescent CdSe/CdS core-shell nanocrystals via a novel two-phase thermal approach ［J］. Advanced Materials ， 2005 ， 17 （ 2 ）： 176 - 179 . doi: 10.1002/adma.200401425 http://dx.doi.org/10.1002/adma.200401425

LO S S ， MIRKOVIC T ， CHUANG C H ， et al . Emergent properties resulting from type-II band alignment in semiconductor nanoheterostructures ［J］. Advanced Materials ， 2011 ， 23 （ 2 ）： 180 - 197 . doi: 10.1002/adma.201002290 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201002290

JUN S ， JANG E . Bright and stable alloy core/multishell quantum dots ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2013 ， 52 （ 2 ）： 679 - 682 . doi: 10.1002/anie.201206333 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201206333

LIM J ， JUN S ， JANG E ， et al . Preparation of highly luminescent nanocrystals and their application to light-emitting diodes ［J］. Advanced Materials ， 2007 ， 19 （ 15 ）： 1927 - 1932 . doi: 10.1002/adma.200602642 http://dx.doi.org/10.1002/adma.200602642

KIM S ， KIM T ， KANG M ， et al . Highly luminescent InP/GaP/ZnS nanocrystals and their application to white light-emitting diodes ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2012 ， 134 （ 8 ）： 3804 - 3809 . doi: 10.1021/ja210211z http://dx.doi.org/10.1021/ja210211z

BAE W K ， CHAR K ， HUR H ， et al . Single-step synthesis of quantum dots with chemical composition gradients ［J］. Chemistry of Materials ， 2008 ， 20 （ 2 ）： 531 - 539 . doi: 10.1021/cm070754d http://dx.doi.org/10.1021/cm070754d

PANDA S K ， HICKEY S G ， WAURISCH C ， et al . Gradated alloyed CdZnSe nanocrystals with high luminescence quantum yields and stability for optoelectronic and biological applications ［J］. Journal of Materials Chemistry ， 2011 ， 21 （ 31 ）： 11550 - 11555 . doi: 10.1039/c1jm11375e http://dx.doi.org/10.1039/c1jm11375e

KIM T ， KIM S W ， KANG M ， et al . Large-scale synthesis of InPZnS alloy quantum dots with dodecanethiol as a composition controller ［J］. The Journal of Physical Chemistry Letters ， 2012 ， 3 （ 2 ）： 214 - 218 . doi: 10.1021/jz201605d http://dx.doi.org/10.1021/jz201605d

MEKIS I ， TALAPIN D V ， KORNOWSKI A ， et al . One-pot synthesis of highly luminescent CdSe/CdS core-shell nanocrystals via organometallic and “greener” chemical approaches ［J］. The Journal of Physical Chemistry B ， 2003 ， 107 （ 3 ）： 7454 - 7462 . doi: 10.1021/jp0278364 http://dx.doi.org/10.1021/jp0278364

LIM J ， BAE W K ， LEE D ， et al . InP@ZnSeS， core@composition gradient shell quantum dots with enhanced stability ［J］. Chemistry of Materials ， 2011 ， 23 （ 250 ）： 4459 - 4463 . doi: 10.1021/cm201550w http://dx.doi.org/10.1021/cm201550w

FU Y ， KIM D ， JIANG W ， et al . Excellent stability of thicker shell CdSe@ZnS/ZnS quantum dots ［J］. RSC Advances ， 2017 ， 7 （ 65 ）： 40866 - 40872 . doi: 10.1039/c7ra06957j http://dx.doi.org/10.1039/c7ra06957j

YANG Y ， QIN H Y ， PENG X G . Intramolecular entropy and size-dependent solution properties of nanocrystal-ligands complexes ［J］. Nano Letters ， 2016 ， 16 （ 4 ）： 2127 - 2132 . doi: 10.1021/acs.nanolett.6b00737 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00737

YANG Y ， QIN H Y ， JIANG M W ， et al . Entropic ligands for nanocrystals： from unexpected solution properties to outstanding processability ［J］. Nano Letters ， 2016 ， 16 （ 4 ）： 2133 - 2138 . doi: 10.1021/acs.nanolett.6b00730 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00730

KIM T ， YOON C ， SONG Y G ， et al . Thermal stabilities of cadmium selenide and cadmium-free quantum dots in quantum dot-silicone nanocomposites ［J］. Journal of Luminescence ， 2016 ， 177 ： 54 - 58 . doi: 10.1016/j.jlumin.2016.04.038 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.04.038

LIU F ， ZHANG Y H ， DING C ， et al . Highly luminescent phase-stable CsPbI 3 perovskite quantum dots achieving near 100% absolute photoluminescence quantum yield ［J］. ACS Nano ， 2017 ， 11 （ 10 ）： 10373 - 10383 . doi: 10.1021/acsnano.7b05442 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.7b05442

WU L Z ， ZHONG Q X ， YANG D ， et al . Improving the stability and size tunability of cesium lead halide perovskite nanocrystals using trioctylphosphine oxide as the capping ligand ［J］. Langmuir ， 2017 ， 33 （ 44 ）： 12689 - 12696 . doi: 10.1021/acs.langmuir.7b02963 http://dx.doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b02963

XUAN T T ， YANG X F ， LOU S Q ， et al . Highly stable CsPbBr 3 quantum dots coated with alkyl phosphate for white light-emitting diodes ［J］. Nanoscale ， 2017 ， 9 （ 40 ）： 15286 - 15290 . doi: 10.1039/c7nr04179a http://dx.doi.org/10.1039/c7nr04179a

KIM H Y ， YOON D E ， JANG J ， et al . Quantum dot/siloxane composite film exceptionally stable against oxidation under heat and moisture ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2016 ， 138 （ 50 ）： 16478 - 16485 . doi: 10.1021/jacs.6b10681 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.6b10681

HUANG S Q ， LI Z C ， KONG L ， et al . Enhancing the stability of CH 3 NH 3 PbBr 3 quantum dots by embedding in silica spheres derived from tetramethyl orthosilicate in “waterless” toluene ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2016 ， 138 （ 18 ）： 5749 - 5752 . doi: 10.1021/jacs.5b13101 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b13101

KIM S E ， LEE J Y ， SHIN M H ， et al . Integration of prism sheet on quantum dot film with bridge patterns to enhance luminance of LED backlight unit ［J］. IEEE Transactions on Electron Devices ， 2017 ， 64 （ 3 ）： 1153 - 1160 . doi: 10.1109/ted.2017.2651033 http://dx.doi.org/10.1109/ted.2017.2651033

WOO H ， LIM J ， LEE Y ， et al . Robust， processable， and bright quantum dot/organosilicate hybrid films with uniform QD distribution based on thiol-containing organosilicate ligands ［J］. Journal of Materials Chemistry C ， 2013 ， 1 （ 10 ）： 1983 - 1989 . doi: 10.1039/c3tc00719g http://dx.doi.org/10.1039/c3tc00719g

HUANG Y G ， HSIANG E L ， DENG M Y ， et al . Mini-LED， micro-LED and OLED displays： present status and future perspectives ［J］. Light： Science & Applications ， 2020 ， 9 ： 105 . doi: 10.1038/s41377-020-0341-9 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-020-0341-9

QU X Y ， ZENG S S ， WEI K ， et al . Comparative study on the influence of quantum dot display and liquid crystal display on human visual function ［C］// 2019 18th International Conference on Optical Communications and Networks （ICOCN） . Huangshan ： IEEE ， 2019 . doi: 10.1109/icocn.2019.8934176 http://dx.doi.org/10.1109/icocn.2019.8934176

季洪雷，程尚君，李鹏飞，等 . 量子点背光液晶显示技术的亥姆霍兹-科尔劳施效应［J］. 中国光学， 2022 ， 15 （ 1 ）： 132 - 143 . doi: 10.37188/CO.2021-0058 http://dx.doi.org/10.37188/CO.2021-0058

JI H L ， CHENG S J ， LI P F ， et al . Illustrating the helmholtz-kohlrausch effect of quantum dots enhanced LCD through a comparative study ［J］. Chinese Optics ， 2022 ， 15 （ 1 ）： 132 - 143 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CO.2021-0058 http://dx.doi.org/10.37188/CO.2021-0058

JI H L ， XU H S ， GUO J Q . A new generation of QD-diffusion plate technology for TV ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2020 ， 51 （ 1 ）： 1171 - 1173 . doi: 10.1002/sdtp.14086 http://dx.doi.org/10.1002/sdtp.14086

Views

525

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimization of flexible-screen COF bending structures by orthogonal design of experiment

Analysis of metal layer in flexible screen on COF bending

Research progress of quantum dot light-emitting devices for display application

Synthesis and properties of high birefringence and high reliability liquid crystal molecules

Related Author

YU Shi-rong

WANG Hai-lin

ZHU Wei

LIU Dengming

ZHENG Hongbing

XU Qi

LIANG Zhao

Qiang HAN

Related Institution

School of Mechanics and Aerospace Engineering， Southwest Jiaotong University

Mianyang BOE Optoelectronics Technology Co. Ltd.

Mianyang BOE Optoelectronics Technology Co., Ltd.

Key Laboratory for Special Functional Materials, Henan University

Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co. Ltd

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China 130033 Postal code：130033
Tel：0431-86176059 Email：yjxs@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰