顯示領域新選擇：量子點

熊艷云

相比其他幾種背光技術，采用量子點背光技術帶來的顯示效果更出色更純粹，色域更廣，進一步提高7色彩的還原能力，帶來一場色彩科技革新。量子點發光二極管（QD-LED）還因其使用壽命長、可由溶液法制備等獨特的優點，越來越受到人們的重視，成為顯示領域新的研究熱點

淺談技術原理

量子點是一種納米材料，是一種極小的化合物半導體晶體顆粒，大小約在幾納米到幾十納米之間，僅由少數原子構成，所以其活動局限于有限范圍之內，而喪失原有的半導體特性。也正因為其只能活動于狹小的空間，因此影響其能量狀態就容易促使其發光。科學家實驗的結果是，量子點的屬性和性能是由它的尺寸和/或組成來決定的。量子點依據其內部結構與大小的不同，可以發出不同顏色的光。量子點尺寸越大越偏向光譜中的紫色域，越小則越偏向紅色。如果計算足夠精確，就可以借助量子點發出能譜集中，非常純正且鮮艷的紅綠藍單原色光，正好可以用作顯示器的RGB原色光源。因此，量子點可以像背光源中的熒光體那樣使用，并且擁有比傳統熒光體更加陡峭的發光峰值，有望擴大顯示器的色域并降低功耗，所以備受期待。

利用量子點作為光源的想法出現在20世紀90年代。早期的應用包括成像用QD紅外探測器，發光二極管和單色發光器，從2000年初開始，科學家們開始意識到開發量子點光源和顯示器的潛力。

量子的形態分為點狀、棒狀等多種幾何形狀。誘發量子點發光有兩種方法：目前一般通過電子激發量子點，稱“電致發光”，或通過光子激發量子點，稱“光致發光”，來產生帶色彩的光子。量子點的這種光活性和電活性雙重屬性促使其很容易地被應用于采用新發射或反射背光技術的顯示器架構當中。

量子點的可由溶液法制備特性使其具備兩大制造技術，被稱為“相位分離”和“接觸印刷”。由于“相位分離”不能創建一個多色的QD-LED，因此其不適合于顯示裝置應用。而“接觸印刷”不但可以產生純粹的RGB圖案，而且簡單成本高效。

量子點是發光材料，原則上可以鋪在平面上，然后用控制電路顯示畫面，但“鋪”卻是大技術。最初的作法是運用溶夜，將溶液涂抹到平面，溶液蒸發以后量子點便附著在基板表面，但問題是僅能用一種量子點，也就是僅能顯示一種顏色，溶液沒有辦法同時含有RGB三色的量子點，即使可以，各色也無法均勻排列。麻省理工學院的科學家，想出了用印刷的辦法，把量子點用橡皮章的方式印到面板上。

平版印刷轉印技術是這樣的，印版先不直接與紙張接觸，先把影像轉印到橡皮滾筒，滾筒再把影像轉印到紙上，由于橡皮比較軟，印到紙上較為貼實，因此出來的效果比直接用印版印上去更好。量子點顯示屏就是這么做的，用一個刻好紋路的橡皮章，把含有一色量子點的溶夜涂抹在紋路上，溶液蒸發之后，把留在橡皮章上的量子點蓋在面板上，完成一色、如法炮制第二色、第三色，這樣就可以把RGB_色安排成彼此相鄰的規則模式，每一色精細到25微米，電致發光結構顯示率可以達到1，OOOppi（像素每英寸）的分辨率，合乎目前高分辨率面板的要求。接觸印刷方法實現了顯示對QD需要量的最小化，降低了成本，并使QD-LED的表現色域超過LCD和OLED顯示技術的性能。

廣色域高色純低功耗

應用于顯示器，量子點就是一種純粹的顯示技術。這種顯示技術類似于目前正熱的有機發光二極管（OLED）顯示器技術，不過量子點技術在光效上可以按需顯示，且不需要濾光，這對顯示器的節能性與功耗性來說，都是利好消息。

QD-LED的結構類似于OLED的基本設計，主要的不同之處在于，QD-LED的發光中心是硒化鎘納米晶體。鎘一硒量子點層被夾在電子傳輸和空穴傳輸性的有機材料層之間。所施加的電場引起電子和空穴移動到量子點層，在那里它們在量子點里被捕獲和重組，發射光子。

基于量子點的發光二極管的特征在于其發出的光譜極為狹窄，因此色彩純度更高，飽和度更好，色域更廣，能達到近110%NTSC色域，可以產生更豐富的色彩。此外，QD-LED具有穩定性高，功耗低，靈活性好，以及相較于有機發光裝置偏低的處理成本。量子點是無機物，提供了比OLED更長的使用壽命和更高的分辨率。因此，與目前的顯示屏相比，采用量子點技術的新顯示屏在大大提高了亮度和畫面鮮艷度的同時，還減少了能耗，可謂解決了傳統液晶背光源顯示方式的畫質軟肋。

有數據顯示，量子點的發射波長很容易通過改變其尺寸調整，這實現了QD-LED結構可以從460納米（藍）至650納米（紅色）的整個可見光波長范圍內被調諧。相比LCD，采用量子點納米晶體的顯示器呈現的可見光譜增加了30%，卻降低了30%-50%的功耗，這很大程度上是因為納米晶體顯示器不需要背光。QD-LED的明亮程度是CRJ和LCD顯示器的50-100倍，發光率達到40，OOOcd/m2。量子點可溶于水性和非水性溶劑，這可以提供各種規模和尺寸的打印和柔性顯示器，其中包括大尺寸的電視。

而除了節能、彩色艷麗之外，量子點的應用還可以令面板增加明暗對比度與清晰度。普通液晶顯示技術采用高強度的背光板，然后通過濾光生成不同的色彩，因此很難顯示微光下的暗部細節，量子點技術的發光類似等離子電視的顯示原理，也更高效，因此，在生成黑暗環境的畫面時，其細節顯示的性能也比傳統電視更高。

其他優點包括具有更好飽和度的綠色，在聚合物上，較薄的顯示器上具有更好的制造能力，并且使用相同的材料，來產生不同的顏色。

然而，藍色量子點在反應過程中需要高度精確的時間控制，因為藍色量子點的大小略高于量子點的最小尺寸。由于太陽光中包含紅、綠和藍大致相等的發光度，顯示器需要顯示大致相等光度的藍色、紅色和綠色。而人的眼睛需要的藍色光的發光度約為綠色光的5倍以上，這因此也需要5倍以上的電量。

在顯示領域的應用

針對目前的顯示器技術，量子點或半導體納米晶體可以帶來選擇性或替代性的應用。

不同于發光二極管（LED），有機電致發光器件可沉積在更大的區域，以及柔性或非平面表層。使用有機發光二極管的大尺寸顯示器或普通照明設備已經在實現商用。然而，有機分子散發出來的光趨向于降解且對濕度敏感，容易氧化。量子點能支持大尺寸，柔性顯示器，并且不會降解，使其成為平板電視屏幕、數碼相機、移動電話和個人游戲設備等的理想選擇。

量子點一個廣泛的應用是實際中出現的量子點電視。不過，這些新的電視本質上仍然是液晶電視，只是圖像的生成發生了一些改變。即利用量子點來改善背光效能。代替傳統的使用白色LED作為背光，來自藍色LED的光被量子點轉化成相對更純的紅色和綠色，這樣，通過量子點轉化成的藍、綠和紅光這種組合光避免了傳統LCD顯示器背光對彩色濾光板或濾光片的需要，避免了失真色或偏色的產生，從而增加了有用的光通量，并提供更好的色域。這種類型的第一臺電視是2013年由制造商索尼研發的，雖然當時并沒有被貼上QD電視的標簽。在2015年的消費電子展上，三星電子、LG電子、中國TCL集團和索尼都展示出了升級增強版的QD-LED背光源液晶電視。

在液晶顯示器上利用量子點主要有兩種方法，一種是在藍色LED和導光板之間插入含量子點的樹脂，另一種是把含量子點的樹脂制成薄片狀并貼在液晶背照燈和液晶面板之間。

日本量子點技術風險企業“NS Materials”于2014年12月，展示了采用該公司自主開發的量子點技術試制的廣色域液晶顯示器。尺寸分別為5英寸、32英寸及42英寸。該公司已開始營銷活動，用戶也已開始做產品評測。該公司希望在2015年內產品能得到采用。這次演示的量子點廣色域液晶顯示器具體特點如下：5英寸設想用于智能手機等移動產品用途；32英寸和42英寸均設想用于液晶電視用途。可以說，量子點技術應用于液晶面板已經取得很大的進展，QLED即將實現巨大的商業價值。