CN111834497A - 量子点模组、量子点发光器件、显示设备以及护眼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了量子点模组、量子点发光器件、显示设备以及护眼方法。其中量子点模组包括受激发时可发光的量子点材料,量子点材料受激发时,量子点模组在一定方向上发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB),以下用i表示R或G或B,Φi(λi,Δλi,Ai)是关于三原色光谱的峰值波长λi、对应的半峰宽Δλi以及峰值修正值Ai的高斯函数,ξi是与αi和βi相关的修正因数,其中αi是不同颜色中含有红光或绿光或蓝光的比例系数,βi是红光或绿光或蓝光的光谱峰对应高斯函数的相关系数。本发明的量子点模组发出的光的色彩纯度高,能够利用更少的能量产生与普通光源相同的色彩刺激,有利于减少光能量对人眼的损害。
Description
技术领域
本发明涉及量子点材料技术领域,尤其涉及量子点模组、量子点发光器件、显示设备以及护眼方法。
背景技术
量子点材料作为一种优秀的半导体材料,已经在生物行业、光电行业大展身手。量子点材料能够通过改变其尺寸实现禁带宽度的变化,从而对应地改变吸收光谱波长范围和发射光谱波长范围,从而实现光致发光、电致发光等能量转化。
随着时代的发展,面对大大小小的屏幕、五颜六色的灯光,人们的用眼频率不断增加,健康护眼越来越成为一个热点话题。人眼的视网膜上有视杆细胞和视锥细胞,视杆细胞分布在视网膜周边部,感受弱光,人眼对于色彩的感知则是通过三种视锥细胞感光产生刺激实现的,视锥细胞分布在视网膜的中心区域(黄斑区)。因此,黄斑区的损伤会直接影响人的视觉、色觉和亮度感。关于光对人眼的伤害,有许多研究,最引人关注就是“蓝光危害”,蓝光是短波长高能量的光源,人眼长时间接受蓝光辐射会造成不可逆的光化学损伤,例如高能光线导致视网膜色素上皮细胞萎缩甚至死亡,蓝光会抑制褪黑色素的分泌影响睡眠等等。
目前,在发光器件或显示器件领域,通常采用减少光线中短波蓝光的方法,达到降低蓝光危害的目的。但是这种方法减少了蓝光的成分,导致RGB三色比例发生改变,蓝光成分的减少导致红光、绿光两种颜色所占比例增加,使得画面整体偏黄,这种护眼方法会导致色域发生改变,颜色显示存在偏差。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种量子点模组或者量子点发光器件或者显示设备,能够在眼睛长时间暴露于光源之中时,降低光对人眼造成的损害。
本发明的另一个目的在于提供一种基于量子点材料的护眼方法。
根据本发明的一个方面,提供一种量子点模组,包括受激发时可发光的量子点材料,所述量子点材料受激发时,所述量子点模组在一定方向上发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB),以下用i表示R或G或B,Φi(λi,Δλi,Ai)是关于红光或绿光或蓝光光谱的峰值波长λi、对应的半峰宽Δλi以及峰值修正值Ai的高斯函数,ξi是与αi和βi相关的修正因数,其中αi是不同颜色中含有红光或绿光或蓝光的比例系数,βi是红光或绿光或蓝光的光谱峰对应高斯函数的相关系数。
在一个实施例中,0.7≤βi≤1。
在一个实施例中,所述量子点材料至少包括红光量子点和绿光量子点,ΔλR≤26nm,ΔλG≤26nm。
在一个实施例中,所述光谱函数的峰值波长λi与该峰的两个端点λ1i和λ2i(λ1i≤λ2i)的关系如下:
根据本发明的另一个方面,提供一种量子点发光器件,包括激发源以及本发明前述的量子点模组,所述激发源用于激发所述量子点模组的所述量子点材料发光,以使得所述量子点发光器件发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB)。
在一个实施例中,所述量子点发光器件发出的光的亮度为Lv,120nit≤Lv≤400nit,优选地,Lv=120nit。
在一个实施例中,所述量子点发光器件的色域在NTSC 1931标准下的面积比大于等于100%,所述量子点发光器件的色域在DCI-P3 1976标准下的面积覆盖率大于等于95%。
在一个实施例中,所述量子点发光器件发出的光在色空间中白色色点对应的色坐标为(xw,yw),其中0.28≤xw≤0.313,0.29≤yw≤0.329,0<yw-xw≤0.0015。
在一个实施例中,所述量子点发光器件发出的光在色空间中三原色光谱各自覆盖的面积用SR、SG、SB表示,SR:SG:SB=0.8:1.2:1。
根据本发明的另一个方面,提供一种显示设备,包括本发明前述的量子点模组,或者包括本发明前述的量子点发光器件。
根据本发明的再一个方面,提供一种基于量子点材料的护眼方法,其特征在于,在光源与人眼之间设置本发明前述的量子点模组,或者利用本发明前述的量子点发光器件进行发光或显示。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
普通的光源发出的白光通常在各个波段均有能量的分布,且大趋势是随着波长的增加而减少,因此更多的能量集中在中短波这些高能量的波段上,易造成危害。而本发明的量子点模组发出的光将各个波长的光进行了合理的“分类”,光谱中红光、绿光、蓝光的分布均近似高斯曲线,与普通的白光相比,其红、绿两种颜色的波长区域更加明显,而且波长介于蓝绿和红绿之间的光能量很少,因此这些光对人眼的危害被降低;其次,本发明的量子点模组发出的光的色彩纯度高,能够利用更少的能量产生与普通光源相同的色彩刺激,有利于减少光能量对人眼的损害。
本发明的以上以及其他有益效果将在接下来的描述中进行一步阐述。
附图说明
图1对比了本发明的量子点显示器与普通显示器的白色画面的光谱;
图2显示了蓝光危害加权函数B(λ)与热危害加权函数R(λ)的曲线;
图3显示了视觉舒适度测试的简要流程。
具体实施方式
下面,结合具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。需要说明的是,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术中,人们普遍关注短波蓝光对人眼的危害,事实上,整个可见光范围内,除短波蓝光之外,其他波段的光对人眼视网膜的危害在短时间内虽小,但是长时间将眼睛暴露于其中,也会对人眼造成危害。本发明提供的量子点模组、量子点发光器件、显示设备以及护眼方法,主要目的是解决长时间使用显示器或者眼睛长时间暴露于光源之中时,如何能够在保证色彩显示效果的情况下,减少人眼接收到的光能量,进而达到护眼的目的。
为解决上述问题,本发明提供一种量子点模组,该量子点模组包括受激发时可发光的量子点材料,量子点材料受激发时,量子点模组在一定方向上发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB),以下用i表示R或G或B,其中,Φi(λi,Δλi,Ai)是关于红光或绿光或蓝光光谱的峰值波长λi、对应的半峰宽Δλi以及峰值修正值Ai的高斯函数,ξi是与αi和βi相关的修正因数,其中αi是不同颜色中含有的红光或绿光或蓝光的比例系数,βi是红光或绿光或蓝光的光谱峰对应高斯函数的相关系数。
量子点模组发出的光在可见光范围内的光谱呈现为三个依次连接的高斯曲线,符合该函数的光谱的三原色的色纯度高,杂色少。图1中的实线曲线为满足函数F(λ)的光谱曲线,从图中可以直观地看出,该光谱包括三个基本符合高斯曲线的波形,从左到右依次为蓝光光谱、绿光光谱、红光光谱,三个波形的分段明显,也即三原色的色纯度高,杂色少。
普通的光源发出的白光通常在各个波段均有能量分布(可参考图1中的虚线曲线),且大趋势是随着波长的增加而减少,因此更多的能量集中在中短波这些高能量的波段上,长时间暴露其中易对人眼造成危害。本发明的量子点模组发出的光将各个波长上的光进行了合理的“分类”,使得光谱中红光、绿光、蓝光的分布更加均匀,各个颜色区域之间的杂色更少,这样的光具有以下优势:(1)波长介于蓝绿和红绿之间的光较少,整体在三原色的波长范围分布均匀,降低了长时间使用情况下会产生的视觉危害;(2)光的色彩纯度高,能够利用更少的能量产生与普通光源相同的色彩刺激,有利于减少光能量对人眼的损害;(3)将产生这种光的量子点模组应用于显示设备时,可以提高显示的色纯度,使显示设备获得更广的色域,显示的颜色更接近实际,此外,利用显示设备的调色模块进行色温调节时,改变后的色域仍然能够正常显示大量颜色,从而减少了色温调节后色彩的偏差,进而减少色彩偏差引起的不适感;(4)利用产生这种光的量子点模组进行显示时,能够实现更优秀的视觉健康舒适度,减少眼睛长时间接收光谱刺激出现的各种视觉疲劳。
光源对人眼的刺激包括两部分,一部分是来自光能量本身的刺激,这部分刺激感形成色觉,另一部分来自于光源与环境的对比(也可以是显示器自身显示之间的对比),这部分刺激感形成色貌或心理色觉,色觉和色貌的有机结合主导了人眼的视觉感觉。颜色的色纯度越高,不同颜色之间的视觉差异感就越强,因此人眼感受到的颜色刺激也更强。
本发明利用量子点材料特殊的发光特性(即量子点的发射波长可根据需要调整),获得色纯度高、杂色少的光谱,从三原色的基础上减少颜色中的杂色成分。本发明的量子点模组发出的光作为光源时,有利于获得色纯度高的各种颜色,从而增加各种颜色之间的视觉差异,进而利用各颜色的差异感使人眼产生更强的颜色刺激,也即,可以利用更少的光能量形成更强的色彩感,进而减少因为光能量较强对眼睛产生的损害。本发明的量子点模组的护眼效果倾向于通过亮度的改变而实现,其显示效果、色域不会发生大的改变。
用于激发上述量子点材料的可以是但不限于光源、电场。在一些实施例中,用蓝光光源激发量子点材料,量子点材料至少包括红光量子点和绿光量子点,光源的一部分蓝光用于激发红光量子点和绿光量子点发出红光和绿光,另一部分蓝光与发出的红光和绿光混合,从而形成量子点模组发出的光。在另一些实施例中,利用电场激发量子点材料,量子点材料包括红光量子点、绿光量子点和蓝光量子点,各种量子点在电场的激发下分别发出红光、绿光、蓝光,红光、绿光、蓝光混合形成量子点模组发出的光。
本发明对量子点材料的种类并不进行限定,可以是但不限于:掺杂或不掺杂的Ⅱ-Ⅵ族量子点、掺杂或不掺杂的Ⅲ-Ⅴ族量子点、掺杂或不掺杂的合金量子点。
本领域技术人员可以理解的是,前述所说的“ξi与αi相关”是指:ξR与光线中红光的比例系数αR相关,ξG与光线中绿光的比例系数αG相关,ξB与光线中蓝光的比例系数αB相关;αi表示各颜色在整个光谱中所占的能量比例。“ξi与βi相关”是指:ξR与红光光谱峰对应高斯函数的相关系数βR相关,ξG与绿光光谱峰对应高斯函数的相关系数βG相关,ξB与蓝光光谱峰对应高斯函数的相关系数βB相关;相关系数表示两组数据之间的线性相关程度,这里表示的是各波长对应的辐亮度和其对应的高斯函数值之间的相关程度,通过相关系数确定光谱曲线和高斯曲线的近似程度,相关系数越接近1,正相关程度越高,曲线相似程度越高,优选0.7≤βi≤1。
本领域技术人员可以理解的是,上述光谱函数中,R表示红光,G表示绿光,B表示蓝光。λR为红光光谱的峰值波长,其通常在610nm~760nm之间,λG为绿光光谱的峰值波长,其通常在490nm~580nm之间,λB为蓝光光谱的峰值波长,其通常在365nm~480nm之间。ΔλR为红光光谱的半峰宽,ΔλG为绿光光谱的半峰宽,ΔλB为蓝光光谱的半峰宽,各光谱的半峰宽越窄,说明三原色的色纯度越高,优选地,ΔλR≤45nm,ΔλG≤45nm,ΔλB≤45nm,更优选地,ΔλR≤26nm,ΔλG≤26nm,ΔλB≤26nm。
在一些实施例中,量子点材料包括红光量子点和绿光量子点,红光量子点的荧光发射峰为λR、半峰宽为ΔλR,绿光量子点的荧光发射峰为λG、半峰宽为ΔλG。该实施例中,需要利用蓝光LED(其荧光发射峰为λB、半峰宽为ΔλB)作为激发光源,激发红光量子点发射红光、绿光量子点发射绿光,部分未被吸收的蓝光与激发后产生的红光和绿光混合即形成量子点模组发出的光线。目前,蓝光LED的半峰宽基本可以达到18nm,为使光谱中三原色均匀分布,优选地ΔλR≤45nm,ΔλG≤45nm;更优选地,ΔλR≤26nm,ΔλG≤26nm。
在另一些实施例中,量子点材料包括红光量子点、绿光量子点和蓝光量子点,红光量子点的荧光发射峰为λR、半峰宽为ΔλR,绿光量子点的荧光发射峰为λG、半峰宽为ΔλG,蓝光量子点的荧光发射峰为λB、半峰宽为ΔλB。此时,可通过电致发光原理激发三种量子点分别发出红光、绿光和蓝光,也即在量子点材料的两侧分别设置电极,利用两电极之间形成的电场激发量子点材料发光,三种颜色的光线混合即形成量子点模组发出的光线。优选地,ΔλR≤45nm,ΔλG≤45nm,ΔλB≤45nm;更优选地,ΔλR≤26nm,ΔλG≤26nm,ΔλB≤26nm。
在一些实施例中,光谱函数的峰值波长λi与该峰的两个端点λ1i和λ2i(λ1i≤λ2i)的关系如下:
也即,对于红光光谱,其峰值波长λR与该峰的两个端点λ1R和λ2R的关系满足0.45≤(λR-λ1R)/(λ2R-λ1R)≤0.55,对于绿光光谱、蓝光光谱同理。
进一步地,量子点模组还包括用于承载量子点材料的承载结构,为减少承载结构对量子点模组光学性能的影响,一般选择透光率较高的材料制备承载结构,例如承载结构的可见光透过率大于50%。承载结构可以是溶剂或树脂,量子点材料能够分散在其中;承载结构还可以是将量子点材料封装在一定空间内的封装结构。
在一些实施例中,量子点模组包括基材以及分散在基材中的量子点材料,量子点模组依靠外部光源激发其发光,起到光谱转换的作用。
在一个应用实例中,量子点模组被加工为量子点膜,其应用于显示器件的背光组件,从而提高了背光光源中三原色的纯度,有利于获得纯度高的其他颜色,进而有利于提高显示器件的色域,显示更接近实际的颜色,也可以在较低的亮度下获得较好的视觉舒适度。
在另一个应用实例中,量子点模组被加工为镜片,使用者佩戴该镜片时,进入人眼的各种光线经过量子点模组的转换,杂色减少,色纯度提高,色彩感增强。
在另一个应用实例中,量子点模组被加工为量子点膜,其应用在灯具外罩上,灯具发出的光经过量子点模组转换,杂色减少,色纯度提高,在较低的亮度下,可以获得较好的视觉舒适度。
本发明还提供一种量子点发光器件,其包括激发源以及本发明前述的量子点模组,激发源用于激发量子点模组的量子点材料发光,从而本发明的量子点发光器件发出的光在可见光范围内的光谱函数满足F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB)。
量子点发光器件发出的光色纯度高、杂色少,其有益效果参考前文中关于量子点模组有益效果的描述。
在一个实施例中,量子点发光器件为光致发光器件,激发源为一光源。
在另一个实施例中,量子点发光器件为电致发光器件,激发源包括两电极,量子点模组设于两电极之间,从而利用两电极之间产生的电场激发量子点模组的量子点材料发光,其中,位于量子点模组出光侧的电极具有较高的可见光透过率,例如高于95%的可见光透过率。
在一些实施例中,量子点发光器件发出的光的亮度为Lv,120nit≤Lv≤400nit,该范围可满足正常亮度使用,当Lv=120nit时,能够保证最低的视觉舒适疲劳度(VICO)。
在一些实施例中,量子点发光器件的色域在NTSC 1931标准下的面积比大于等于100%,量子点发光器件的色域在DCI-P3 1976标准下的面积覆盖率大于等于95%。
在一些实施例中,量子点发光器件发出的光在色空间中白色色点对应的色坐标为(xw,yw),其中0.28≤xw≤0.313,0.29≤yw≤0.329,0<yw-xw≤0.0015。
在一些实施例中,量子点发光器件发出的光在色空间中三原色光谱各自覆盖的面积用SR、SG、SB表示,SR:SG:SB=0.8:1.2:1。
本发明所述的量子点发光器件可以是但不限于:光致量子点LED、电致量子点LED、显示器件中的背光光源。
本发明还提供一种显示设备,该显示设备包括本发明前述的量子点模组,或者包括本发明前述的量子点发光器件。量子点模组或量子点发光器件可以用于显示设备的背光组件或面板组件。
本发明还提供一种基于量子点材料的护眼方法,在光源与人眼之间设置本发明前述的量子点模组,或者利用本发明前述的量子点器件进行发光或显示,量子点模组内的量子点材料被激发发光时,发出的光在可见光范围内的光谱函数为F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB)。量子点模组对外界光源起到滤除杂色,提高色纯度高的作用,从而能够增强外界画面对人眼的颜色刺激。
以下提供一量子点显示器和一普通显示器进行对比:
量子点显示器的构架为背光光源+申请人自产的商业化量子点膜+光学膜+液晶面板;普通显示器的构架为背光光源+扩散片+光学膜片+液晶面板。两类显示器来自于同一品牌的同一型号,量子点显示器是基于普通显示器进行符合行业标准的量子点改装。
上述量子点膜中包括红光量子点和绿光量子点。其中红光量子点的发射峰为632nm,对应的半峰宽为26nm;绿光量子点的发射峰为533nm,对应的半峰宽为26nm。
根据亮度测试仪DCA-310的亮度测试数据,将两台显示器的亮度数值调整在同一数值,然后测试其对应的光谱数据,如图1所示,图中QW(即实线)为量子点显示器白色画面的光谱,W(即虚线)为普通显示器白色画面的光谱。量子点显示器中的量子点材料通过自身的发光性能,改变了颜色显示过程中的光谱成分,各个波长的光分布均匀,且介于绿蓝和红绿之间的光很少,色纯度高,杂色少。而普通显示器中的颜色通过荧光粉实现,荧光粉能够实现光波长的转化,但是不能很好地将各个波长的光进行分类,如图1所示,普通显示器的白光光谱从480~680nm波段都有不同能量的分布,且大趋势上随着波长增加而减少,因此将更多的能量集中在中短波段这些高能量的波段上,易造成危害。
基于测试所得的光谱,根据标准GB/T 20145-2006/CIE S009/E:2002中蓝光危害加权函数B(λ)(如图2中实线所示的函数)和热危害加权函数R(λ)(如图2中虚线所示的函数)分别对两款显示器的蓝光危害LB和热危害LR针对白光、红光、绿光和蓝光情况进行危害值量化计算,结果见表1。
表1
基于白色画面的计算结果,单位时间内,相同位置接收两种光谱后造成的蓝光危害LB量化计算后,量子点显示器的LB<普通显示器的LB。此外,在波长能量较高的蓝色和绿色范围内,也是普通显示器造成的蓝光危害和热危害较大。虽然在红色部分,量子点显示器的蓝光危害和热危害较大,但是红色部分能量较小,危害加权函数值较低,因此就综合结果来看,量子点显示器的蓝光危害和热危害更少。
在亮度相同的情况下,对上述量子点显示器和普通显示器进行视觉健康舒适度(VICO值)的测试,本测试联合中国标准化研究院视觉健康与安全防护实验室进行,按照标准CSA035.2-2017的方法进行测试,图3为该测试方法的简要流程示意。测试过程中,对测试人员进行了合理的筛选,减少性别、年龄等客观因素对实验结果的影响,同时,被测试者不知晓自己使用的显示器的种类,以排除主观因素的影响。测得量子点显示器的VICO值为1.97,普通显示器的VICO值为2.3。表2为视觉舒适度的量化分级。
表2
根据表2的VICO值等级的分类,量子点显示器属于Ⅱ级,能够使得人眼产生轻微的疲劳。普通显示器属于Ⅲ级,会使人眼产生明显疲劳但是仍旧可以耐受。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (12)
1.一种量子点模组,包括受激发时可发光的量子点材料,其特征在于,所述量子点材料受激发时,所述量子点模组在一定方向上发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB),以下用i表示R或G或B,Φi(λi,Δλi,Ai)是关于红光或绿光或蓝光光谱的峰值波长λi、对应的半峰宽Δλi以及峰值修正值Ai的高斯函数,ξi是与αi和βi相关的修正因数,其中αi是不同颜色中含有红光或绿光或蓝光的比例系数,βi是红光或绿光或蓝光的光谱峰对应高斯函数的相关系数。
2.根据权利要求1所述的量子点模组,其特征在于,0.7≤βi≤1。
3.根据权利要求1所述的量子点模组,其特征在于,所述量子点材料至少包括红光量子点和绿光量子点,ΔλR≤26nm,ΔλG≤26nm。
5.一种量子点发光器件,其特征在于,包括激发源以及如权利要求1-4任一所述的量子点模组,所述激发源用于激发所述量子点模组的所述量子点材料发光,以使得所述量子点发光器件发出的光在可见光范围内的光谱函数满足:F(λ)=ξRΦR(λR,ΔλR,AR)+ξGΦG(λG,ΔλG,AG)+ξBΦB(λB,ΔλB,AB)。
6.根据权利要求5所述的量子点发光器件,其特征在于,所述量子点发光器件发出的光的亮度为Lv,120nit≤Lv≤400nit,优选地,Lv=120nit。
7.根据权利要求5所述的量子点发光器件,其特征在于,所述量子点发光器件的色域在NTSC 1931标准下的面积比大于等于100%,所述量子点发光器件的色域在DCI-P3 1976标准下的面积覆盖率大于等于95%。
8.根据权利要求5所述的量子点发光器件,其特征在于,所述量子点发光器件发出的光在色空间中白色色点对应的色坐标为(xw,yw),其中0.28≤xw≤0.313,0.29≤yw≤0.329,0<yw-xw≤0.0015。
9.根据权利要求8所述的量子点发光器件,其特征在于,所述量子点发光器件发出的光在色空间中三原色光谱各自覆盖的面积用SR、SG、SB表示,SR:SG:SB=0.8:1.2:1。
11.一种显示设备,其特征在于,包括如权利要求1-4任一所述的量子点模组,或者包括如权利要求5-10任一所述的量子点发光器件。
12.一种基于量子点材料的护眼方法,其特征在于,在光源与人眼之间设置如权利要求1-4任一所述的量子点模组,或者利用权利要求5-10任一所述量子点器件进行发光或显示。
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