高阻隔膜如何助力量子点技术？

高阻隔膜如何助力量子点技术？

1.何为量子点：其光学原理
具有数个纳米到数十纳米大小的化合物半导体，氧化物半导体的微粒子称之为量子点。
通过交换蓝色LED发出的光的波长，可得到所希望的光的波长。越是小的量子点就能生成越短的波长，越是大的量子点就能生成越长的波长。
单个的量子点通过吸收短波长的光，放射出比较长波长的窄光谱光。
通过制备并集齐大小一样的量子点，可获得色纯度高，光谱锐利的发光粉红色，可实现并提高颜色的再现性，降低电力消耗。




2.量子点：LCD和各公司的业界动向
量子点技术可令LCD（液晶显示）在宽广的颜色领域得以实现，是4K级别画面信息的理想技术。
可大幅提升画面影像的颜色再现性，色彩度，整体的明亮度等，与早期的LCD相比，颜色显示能力高出50％的优越度。与 OLED相比，具备同等以上的颜色再现能力。
各大液晶显示厂商开始采用该技术。
索尼公司：在2013年6月开始销售的液晶电视中使用此技术。
亚马逊：在2013年10月开始销售的电子书「KindleFireHDX」里采用此技术。
苹果：在2014年2月公开发表了量子点技术方面的专利。
LG：在2015年1月发表了对应4K技术的电视产品，并逐步扩大对应。
三星电子：在2015年1月发表了新型电视「SUHD电视机」。
TCL、海信集团（Hisense）：在2014年9月发表了量子点电视机。

3.量子点技术薄膜
量子点技术当前面临的课题不外乎防隔热、防氧化、防水分的影响，不使其因此而劣化。
防热对策：采用薄膜形式，与发热源的LED光源设定必要距离。
防氧化・水分对策：采用水汽高阻隔膜进行包夹式封装。
量子点薄膜的构成
将量子点分散在树脂材料上，分散并进行膜片化，并用2张水汽高阻隔膜（以后简称“高阻隔膜”）对其进行包夹封装。
在导光板上附上量子点膜。
因为其形状为薄膜，可以简单实现从小型到大型宽幅大尺寸画面。
量子点薄膜商品的例子
美国3M公司的Quantum Dot Enhancement Film（ 3M QDEF ）



4.量子点所用高阻隔膜的必要条件
面向量子点薄膜量所用高阻隔膜的要点
尺寸
必须具备液晶显示的尺寸要求。在50″时要有625mm以上的膜宽，在100M″时要有1250mm以上的膜宽。
阻隔性
作为WVTR指标，必须具备10-1～10-3级别(g/m2/day)的阻隔能力。根据量子点的不同而不同。
业内使用MOCON公司的Aquatran分析装置可对高阻隔性进行测量。
光学特性
作为高阻隔膜，面向液晶显示的薄膜必须要具备全光线透过率90%以上，Haze和b*要在1以下。
弯曲特性
不是可弯曲显示屏所用，弯曲特性不是非常受重视。但必须要能承受其在制造过程中的弯曲工艺。
5.高组隔膜的镀膜必要条件
镀膜必要条件
基材       
基材必须具备表面平坦度，光学特性，可承受镀膜的耐性。
一般情况下使用表面附带功能涂布层的PET基材。
镀膜工艺       
可廉价制备可连续镀膜的真空卷对卷工艺。
基材卷1卷长度数千米，所以必须要有能稳定镀膜长尺寸基材的镀膜工艺。在没有光学问题发生的范围内，必须保证宽度方向的膜厚均一性。因阻隔性的要求在通常阻隔水平之上，膜厚均一性在原先并不做要求。
镀膜方法分为等离子CVD和磁控溅射2种。
使用磁控溅射镀的组隔膜，是无机膜，通过对薄膜的弯曲伴随膜本身的开裂会造成膜的阻隔性恶化的风险。
等离子CVD的组隔膜，是无机膜和有机膜的混合，有机膜的存在使其没有了薄膜因开裂而使得阻隔性恶化的风险。
此外，用磁控溅镀制成的薄膜，因需使用磁控溅镀靶材进行镀膜造成制造时的运行成本要高于等离子CVD。
膜种       
考虑到光学特性，一般使用Si系列的膜。
单层膜结构，因SiO系的光学性折射率低，折射率接近于基材所以被建议使用。SiN系在阻隔性・弯曲性上表现优越，但因折射率高使得光线透过成了难题。
多层膜结构，在阻隔性、弯曲性方面建议使用。同时，从故有的制造方法进行生产的话成本有高昂的倾向。　
原材料       
建议使用安全，价廉的原料。Si系镀膜里面，SiH4是具有自燃属性的气体，安全管理不充分的话，会发生人身事故。认识到SiH4危险性的化学系厂家都考虑建议使用HMDSO这种安全，廉价的气体原料。
6.阻隔膜制造商的动向
日本的动向
有的企业引进具有成本竞争力优势的等离子CVD卷绕镀，有的企业将已投资完毕的磁控溅射卷绕镀机进行活用。
CVD       
面向高阻隔膜的CVD卷绕镀膜设备，有神户制钢所KOBELCO的W60C系列，W35C系列，在企业（化学系生产厂家、总成类的厂家）、研究机关、大学当中被广泛使用。神户制钢所KOBELCO以外的装备制造商虽然也有报告表明开发通用途的设备，但其尚未有量产设备的生产业绩。
磁控溅射       
抱有磁控溅镀卷绕设备面向ITO导电膜投资的公司因ITO导电膜市场低迷，生产设备产能出现富裕，将富裕出的磁控溅镀的产能用来制造阻隔膜。虽然传送辊在持续镀膜的同时，和镀膜面接触，但未造成膜的品质问题。
除此以外，有只重视高性能，忽略成本，制作样品膜的公司，也有追求降低成本而使用并钻研蒸镀工艺的公司等等，研究开发的范围非常宽广。
日本以外
作为产品开发为目的，中国，韩国的企业引进了神户制钢所KOBELCO的等离子CVD卷绕镀膜机，今后产品量产化值得期待。
7.常规意义上的CVD技术的优点和不足
优点，就是和磁控溅射工艺相比，成本上具备竞争力。
其理由是：
镀膜原料价格低廉
等离子CVD的镀膜是从原料直接生成膜物质。磁控溅射工艺的话，是先将所需原料做成磁控溅射靶材，再从磁控溅射靶上面生成所需的膜物质，工艺步骤复杂，使得磁控溅射靶材的厂家将成本和其赚取的利润转嫁在产品本身。
设备运营成本低廉
在生产量同等的装置情况下，单一镀膜源的镀膜速度更快（约5倍），为实现同等的生产性，设备商的镀膜源的数量小量化，设备的尺寸小型化，构成更精简。
不足之处：发生腔体污染
在对向电极上附着了生成的膜物质，清洁起来很费功夫。在处理长卷膜的时候电压电流比发生变化，工艺条件随之发生变化，腔体污染的发生，会发生阻隔膜的品质不良。
宽度方向的扩张性
RF放点、微波放电等，会对宽度方向的生成均匀性的等离子构成高难度。
8.神户制刚所KOBELCO的等离子CVD成膜源
神户制钢所KOBELCO传承了CVD的优点，并开发出了克服CVD原有不足的CVD成膜源，以生产机的形式提供给用户。
双辊式电极配置
两个电极辊都被基膜所缠绕覆盖，可有效抑制对向电极表面被生成的镀膜物质附着，降低了清洁工序，长卷镀膜时电压电流比的变化少，所以镀膜工艺条件稳定，有效抑制了因腔体污染而造成阻隔膜品质发生不良。此结构使得原材料的利用效率高，镀膜速度快。
采用AC磁石放电原理
磁石放电是保证膜宽度方向均一放电的方法。此法一直被磁控溅射所采用。迄今为止膜宽350mm、500m、700mm、1300mm都毫无问题得得以扩展实现。理论上，还可以毫无问题得进行更宽的膜宽扩张。因为在基膜上面的等离子密度高，通过离子轰击的效果使得膜致密度提高从而生成高阻隔膜。
在基膜的传送方向上周期性的具有等离子的强弱变化，所以生成的膜层的密度、组织结构具有周期性的变化，实现高阻隔性。膜的组织构成具备连续性的规则变化，所以即使是单一镀膜源，也可以自然的形成有机膜和无机膜的混合镀膜。


                      双电极辊式结构


          AC磁石放电和等离子的强弱表示


              有机、无机多层混合镀膜





     日本2家高阻隔膜厂商当前正在使用的
    神户制钢的CVD卷绕镀膜量产设备W60C


基膜表面的平坦程度对应镀膜后的阻隔性的影响


CVD单一膜的阻隔性1.6×10-5g/m2/day
采用超微量水汽透过测试


阻隔膜宽度方向的均一性示例
9.量子点所用高阻隔膜的用途
柔性太阳能电池
要求和量子点所用阻隔膜等同的阻隔性。
柔性OLED
要求超过量子点所用阻隔膜的阻隔性。