顯示領(lǐng)域新選擇：量子點(diǎn)

熊艷云

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

淺談技術(shù)原理

量子點(diǎn)是一種納米材料，是一種極小的化合物半導(dǎo)體晶體顆粒，大小約在幾納米到幾十納米之間，僅由少數(shù)原子構(gòu)成，所以其活動(dòng)局限于有限范圍之內(nèi)，而喪失原有的半導(dǎo)體特性。也正因?yàn)槠渲荒芑顒?dòng)于狹小的空間，因此影響其能量狀態(tài)就容易促使其發(fā)光。科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，量子點(diǎn)的屬性和性能是由它的尺寸和/或組成來決定的。量子點(diǎn)依據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與大小的不同，可以發(fā)出不同顏色的光。量子點(diǎn)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(jì)算足夠精確，就可以借助量子點(diǎn)發(fā)出能譜集中，非常純正且鮮艷的紅綠藍(lán)單原色光，正好可以用作顯示器的RGB原色光源。因此，量子點(diǎn)可以像背光源中的熒光體那樣使用，并且擁有比傳統(tǒng)熒光體更加陡峭的發(fā)光峰值，有望擴(kuò)大顯示器的色域并降低功耗，所以備受期待。

利用量子點(diǎn)作為光源的想法出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。早期的應(yīng)用包括成像用QD紅外探測(cè)器，發(fā)光二極管和單色發(fā)光器，從2000年初開始，科學(xué)家們開始意識(shí)到開發(fā)量子點(diǎn)光源和顯示器的潛力。

量子的形態(tài)分為點(diǎn)狀、棒狀等多種幾何形狀。誘發(fā)量子點(diǎn)發(fā)光有兩種方法：目前一般通過電子激發(fā)量子點(diǎn)，稱“電致發(fā)光”，或通過光子激發(fā)量子點(diǎn)，稱“光致發(fā)光”，來產(chǎn)生帶色彩的光子。量子點(diǎn)的這種光活性和電活性雙重屬性促使其很容易地被應(yīng)用于采用新發(fā)射或反射背光技術(shù)的顯示器架構(gòu)當(dāng)中。

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

量子點(diǎn)是發(fā)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(shù)。最初的作法是運(yùn)用溶夜，將溶液涂抹到平面，溶液蒸發(fā)以后量子點(diǎn)便附著在基板表面，但問題是僅能用一種量子點(diǎn)，也就是僅能顯示一種顏色，溶液沒有辦法同時(shí)含有RGB三色的量子點(diǎn)，即使可以，各色也無法均勻排列。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家，想出了用印刷的辦法，把量子點(diǎn)用橡皮章的方式印到面板上。

平版印刷轉(zhuǎn)印技術(shù)是這樣的，印版先不直接與紙張接觸，先把影像轉(zhuǎn)印到橡皮滾筒，滾筒再把影像轉(zhuǎn)印到紙上，由于橡皮比較軟，印到紙上較為貼實(shí)，因此出來的效果比直接用印版印上去更好。量子點(diǎn)顯示屏就是這么做的，用一個(gè)刻好紋路的橡皮章，把含有一色量子點(diǎn)的溶夜涂抹在紋路上，溶液蒸發(fā)之后，把留在橡皮章上的量子點(diǎn)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(guī)則模式，每一色精細(xì)到25微米，電致發(fā)光結(jié)構(gòu)顯示率可以達(dá)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(shí)現(xiàn)了顯示對(duì)QD需要量的最小化，降低了成本，并使QD-LED的表現(xiàn)色域超過LCD和OLED顯示技術(shù)的性能。

廣色域高色純低功耗

應(yīng)用于顯示器，量子點(diǎn)就是一種純粹的顯示技術(shù)。這種顯示技術(shù)類似于目前正熱的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器技術(shù)，不過量子點(diǎn)技術(shù)在光效上可以按需顯示，且不需要濾光，這對(duì)顯示器的節(jié)能性與功耗性來說，都是利好消息。

QD-LED的結(jié)構(gòu)類似于OLED的基本設(shè)計(jì)，主要的不同之處在于，QD-LED的發(fā)光中心是硒化鎘納米晶體。鎘一硒量子點(diǎn)層被夾在電子傳輸和空穴傳輸性的有機(jī)材料層之間。所施加的電場(chǎng)引起電子和空穴移動(dòng)到量子點(diǎn)層，在那里它們?cè)诹孔狱c(diǎn)里被捕獲和重組，發(fā)射光子。

基于量子點(diǎn)的發(fā)光二極管的特征在于其發(fā)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(dá)到近110%NTSC色域，可以產(chǎn)生更豐富的色彩。此外，QD-LED具有穩(wěn)定性高，功耗低，靈活性好，以及相較于有機(jī)發(fā)光裝置偏低的處理成本。量子點(diǎn)是無機(jī)物，提供了比OLED更長(zhǎng)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(diǎn)技術(shù)的新顯示屏在大大提高了亮度和畫面鮮艷度的同時(shí)，還減少了能耗，可謂解決了傳統(tǒng)液晶背光源顯示方式的畫質(zhì)軟肋。

有數(shù)據(jù)顯示，量子點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)很容易通過改變其尺寸調(diào)整，這實(shí)現(xiàn)了QD-LED結(jié)構(gòu)可以從460納米（藍(lán)）至650納米（紅色）的整個(gè)可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)被調(diào)諧。相比LCD，采用量子點(diǎn)納米晶體的顯示器呈現(xiàn)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?yàn)榧{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(fā)光率達(dá)到40，OOOcd/m2。量子點(diǎn)可溶于水性和非水性溶劑，這可以提供各種規(guī)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(jié)能、彩色艷麗之外，量子點(diǎn)的應(yīng)用還可以令面板增加明暗對(duì)比度與清晰度。普通液晶顯示技術(shù)采用高強(qiáng)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(xì)節(jié)，量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)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(huán)境的畫面時(shí)，其細(xì)節(jié)顯示的性能也比傳統(tǒng)電視更高。

其他優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)生不同的顏色。

然而，藍(lán)色量子點(diǎn)在反應(yīng)過程中需要高度精確的時(shí)間控制，因?yàn)樗{(lán)色量子點(diǎn)的大小略高于量子點(diǎn)的最小尺寸。由于太陽(yáng)光中包含紅、綠和藍(lán)大致相等的發(fā)光度，顯示器需要顯示大致相等光度的藍(lán)色、紅色和綠色。而人的眼睛需要的藍(lán)色光的發(fā)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(lǐng)域的應(yīng)用

針對(duì)目前的顯示器技術(shù)，量子點(diǎn)或半導(dǎo)體納米晶體可以帶來選擇性或替代性的應(yīng)用。

不同于發(fā)光二極管（LED），有機(jī)電致發(fā)光器件可沉積在更大的區(qū)域，以及柔性或非平面表層。使用有機(jī)發(fā)光二極管的大尺寸顯示器或普通照明設(shè)備已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)商用。然而，有機(jī)分子散發(fā)出來的光趨向于降解且對(duì)濕度敏感，容易氧化。量子點(diǎn)能支持大尺寸，柔性顯示器，并且不會(huì)降解，使其成為平板電視屏幕、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話和個(gè)人游戲設(shè)備等的理想選擇。

量子點(diǎn)一個(gè)廣泛的應(yīng)用是實(shí)際中出現(xiàn)的量子點(diǎn)電視。不過，這些新的電視本質(zhì)上仍然是液晶電視，只是圖像的生成發(fā)生了一些改變。即利用量子點(diǎn)來改善背光效能。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的使用白色LED作為背光，來自藍(lán)色LED的光被量子點(diǎn)轉(zhuǎn)化成相對(duì)更純的紅色和綠色，這樣，通過量子點(diǎn)轉(zhuǎn)化成的藍(lán)、綠和紅光這種組合光避免了傳統(tǒng)LCD顯示器背光對(duì)彩色濾光板或?yàn)V光片的需要，避免了失真色或偏色的產(chǎn)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(tái)電視是2013年由制造商索尼研發(fā)的，雖然當(dāng)時(shí)并沒有被貼上QD電視的標(biāo)簽。在2015年的消費(fèi)電子展上，三星電子、LG電子、中國(guó)TCL集團(tuán)和索尼都展示出了升級(jí)增強(qiáng)版的QD-LED背光源液晶電視。

在液晶顯示器上利用量子點(diǎn)主要有兩種方法，一種是在藍(lán)色LED和導(dǎo)光板之間插入含量子點(diǎn)的樹脂，另一種是把含量子點(diǎn)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(diǎn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)“NS Materials”于2014年12月，展示了采用該公司自主開發(fā)的量子點(diǎn)技術(shù)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(yíng)銷活動(dòng)，用戶也已開始做產(chǎn)品評(píng)測(cè)。該公司希望在2015年內(nèi)產(chǎn)品能得到采用。這次演示的量子點(diǎn)廣色域液晶顯示器具體特點(diǎn)如下：5英寸設(shè)想用于智能手機(jī)等移動(dòng)產(chǎn)品用途；32英寸和42英寸均設(shè)想用于液晶電視用途?？梢哉f，量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用于液晶面板已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，QLED即將實(shí)現(xiàn)巨大的商業(yè)價(jià)值。