显示领域新选择：量子点

熊艳云

相比其他几种背光技术，采用量子点背光技术带来的显示效果更出色更纯粹，色域更广，进一步提高7色彩的还原能力，带来一场色彩科技革新。量子点发光二极管（QD-LED）还因其使用寿命长、可由溶液法制备等独特的优点，越来越受到人们的重视，成为显示领域新的研究热点

浅谈技术原理

量子点是一种纳米材料，是一种极小的化合物半导体晶体颗粒，大小约在几纳米到几十纳米之间，仅由少数原子构成，所以其活动局限于有限范围之内，而丧失原有的半导体特性。也正因为其只能活动于狭小的空间，因此影响其能量状态就容易促使其发光。科学家实验的结果是，量子点的属性和性能是由它的尺寸和/或组成来决定的。量子点依据其内部结构与大小的不同，可以发出不同颜色的光。量子点尺寸越大越偏向光谱中的紫色域，越小则越偏向红色。如果计算足够精确，就可以借助量子点发出能谱集中，非常纯正且鲜艳的红绿蓝单原色光，正好可以用作显示器的RGB原色光源。因此，量子点可以像背光源中的荧光体那样使用，并且拥有比传统荧光体更加陡峭的发光峰值，有望扩大显示器的色域并降低功耗，所以备受期待。

利用量子点作为光源的想法出现在20世纪90年代。早期的应用包括成像用QD红外探测器，发光二极管和单色发光器，从2000年初开始，科学家们开始意识到开发量子点光源和显示器的潜力。

量子的形态分为点状、棒状等多种几何形状。诱发量子点发光有两种方法：目前一般通过电子激发量子点，称“电致发光”，或通过光子激发量子点，称“光致发光”，来产生带色彩的光子。量子点的这种光活性和电活性双重属性促使其很容易地被应用于采用新发射或反射背光技术的显示器架构当中。

量子点的可由溶液法制备特性使其具备两大制造技术，被称为“相位分离”和“接触印刷”。由于“相位分离”不能创建一个多色的QD-LED，因此其不适合于显示装置应用。而“接触印刷”不但可以产生纯粹的RGB图案，而且简单成本高效。

量子点是发光材料，原则上可以铺在平面上，然后用控制电路显示画面，但“铺”却是大技术。最初的作法是运用溶夜，将溶液涂抹到平面，溶液蒸发以后量子点便附着在基板表面，但问题是仅能用一种量子点，也就是仅能显示一种颜色，溶液没有办法同时含有RGB三色的量子点，即使可以，各色也无法均匀排列。麻省理工学院的科学家，想出了用印刷的办法，把量子点用橡皮章的方式印到面板上。

平版印刷转印技术是这样的，印版先不直接与纸张接触，先把影像转印到橡皮滚筒，滚筒再把影像转印到纸上，由于橡皮比较软，印到纸上较为贴实，因此出来的效果比直接用印版印上去更好。量子点显示屏就是这么做的，用一个刻好纹路的橡皮章，把含有一色量子点的溶夜涂抹在纹路上，溶液蒸发之后，把留在橡皮章上的量子点盖在面板上，完成一色、如法炮制第二色、第三色，这样就可以把RGB_色安排成彼此相邻的规则模式，每一色精细到25微米，电致发光结构显示率可以达到1，OOOppi（像素每英寸）的分辨率，合乎目前高分辨率面板的要求。接触印刷方法实现了显示对QD需要量的最小化，降低了成本，并使QD-LED的表现色域超过LCD和OLED显示技术的性能。

广色域高色纯低功耗

应用于显示器，量子点就是一种纯粹的显示技术。这种显示技术类似于目前正热的有机发光二极管（OLED）显示器技术，不过量子点技术在光效上可以按需显示，且不需要滤光，这对显示器的节能性与功耗性来说，都是利好消息。

QD-LED的结构类似于OLED的基本设计，主要的不同之处在于，QD-LED的发光中心是硒化镉纳米晶体。镉一硒量子点层被夹在电子传输和空穴传输性的有机材料层之间。所施加的电场引起电子和空穴移动到量子点层，在那里它们在量子点里被捕获和重组，发射光子。

基于量子点的发光二极管的特征在于其发出的光谱极为狭窄，因此色彩纯度更高，饱和度更好，色域更广，能达到近110%NTSC色域，可以产生更丰富的色彩。此外，QD-LED具有稳定性高，功耗低，灵活性好，以及相较于有机发光装置偏低的处理成本。量子点是无机物，提供了比OLED更长的使用寿命和更高的分辨率。因此，与目前的显示屏相比，采用量子点技术的新显示屏在大大提高了亮度和画面鲜艳度的同时，还减少了能耗，可谓解决了传统液晶背光源显示方式的画质软肋。

有数据显示，量子点的发射波长很容易通过改变其尺寸调整，这实现了QD-LED结构可以从460纳米（蓝）至650纳米（红色）的整个可见光波长范围内被调谐。相比LCD，采用量子点纳米晶体的显示器呈现的可见光谱增加了30%，却降低了30%-50%的功耗，这很大程度上是因为纳米晶体显示器不需要背光。QD-LED的明亮程度是CRJ和LCD显示器的50-100倍，发光率达到40，OOOcd/m2。量子点可溶于水性和非水性溶剂，这可以提供各种规模和尺寸的打印和柔性显示器，其中包括大尺寸的电视。

而除了节能、彩色艳丽之外，量子点的应用还可以令面板增加明暗对比度与清晰度。普通液晶显示技术采用高强度的背光板，然后通过滤光生成不同的色彩，因此很难显示微光下的暗部细节，量子点技术的发光类似等离子电视的显示原理，也更高效，因此，在生成黑暗环境的画面时，其细节显示的性能也比传统电视更高。

其他优点包括具有更好饱和度的绿色，在聚合物上，较薄的显示器上具有更好的制造能力，并且使用相同的材料，来产生不同的颜色。

然而，蓝色量子点在反应过程中需要高度精确的时间控制，因为蓝色量子点的大小略高于量子点的最小尺寸。由于太阳光中包含红、绿和蓝大致相等的发光度，显示器需要显示大致相等光度的蓝色、红色和绿色。而人的眼睛需要的蓝色光的发光度约为绿色光的5倍以上，这因此也需要5倍以上的电量。

在显示领域的应用

针对目前的显示器技术，量子点或半导体纳米晶体可以带来选择性或替代性的应用。

不同于发光二极管（LED），有机电致发光器件可沉积在更大的区域，以及柔性或非平面表层。使用有机发光二极管的大尺寸显示器或普通照明设备已经在实现商用。然而，有机分子散发出来的光趋向于降解且对湿度敏感，容易氧化。量子点能支持大尺寸，柔性显示器，并且不会降解，使其成为平板电视屏幕、数码相机、移动电话和个人游戏设备等的理想选择。

量子点一个广泛的应用是实际中出现的量子点电视。不过，这些新的电视本质上仍然是液晶电视，只是图像的生成发生了一些改变。即利用量子点来改善背光效能。代替传统的使用白色LED作为背光，来自蓝色LED的光被量子点转化成相对更纯的红色和绿色，这样，通过量子点转化成的蓝、绿和红光这种组合光避免了传统LCD显示器背光对彩色滤光板或滤光片的需要，避免了失真色或偏色的产生，从而增加了有用的光通量，并提供更好的色域。这种类型的第一台电视是2013年由制造商索尼研发的，虽然当时并没有被贴上QD电视的标签。在2015年的消费电子展上，三星电子、LG电子、中国TCL集团和索尼都展示出了升级增强版的QD-LED背光源液晶电视。

在液晶显示器上利用量子点主要有两种方法，一种是在蓝色LED和导光板之间插入含量子点的树脂，另一种是把含量子点的树脂制成薄片状并贴在液晶背照灯和液晶面板之间。

日本量子点技术风险企业“NS Materials”于2014年12月，展示了采用该公司自主开发的量子点技术试制的广色域液晶显示器。尺寸分别为5英寸、32英寸及42英寸。该公司已开始营销活动，用户也已开始做产品评测。该公司希望在2015年内产品能得到采用。这次演示的量子点广色域液晶显示器具体特点如下：5英寸设想用于智能手机等移动产品用途；32英寸和42英寸均设想用于液晶电视用途。可以说，量子点技术应用于液晶面板已经取得很大的进展，QLED即将实现巨大的商业价值。