量子点技术浅析:伟大的显示技术革命

2015-11-20 18:15:59来源: 天极网

    显示技术是技术发展史上的一个重要分支,它既是科学发展的产物同时也不断的反哺着科学的进步。经过多年发展,显示技术已经有了极大的提升,包括广为人知的CRT显示技术、等离子显示技术以及LCD显示技术等等,其中等离子显示技术和LCD显示技术均可归类为FPD(平板显示器)。

    从目前市场占有率而言,FPD已经完全超越了CRT,在我们的生活中随处可见电脑显示器、彩电屏幕等设备均采用了FPD技术,这其实可以理解为一次显示技术革命,即FPD技术取代了CRT技术。

    虽然FPD技术已经成为了目前显示领域的主流,然而就FPD本身而言,它所包含的显示技术也并非平衡发展的,其中的LCD技术要远超等离子技术。相较而言,LCD显示屏具有低电压、低功耗、可靠性高、成本低廉的特点,并且可直接与CMOS集成电路匹配。

    不过,虽然LCD显示技术拥有众多优点,但也并非完美无缺。一个非常关键的短板就是其色域范围低,也就是所能呈现的色彩范围非常有限,普通LCD显示屏的色域一般只有72% NTSC水平。这在如今要求日益提升的科研和生活领域来说显然是不够的。

    为了解决这一问题,量子点技术应运而生。量子点(Quantum Dots)是一种人造的半导体纳米材料,每当受到光的刺激,量子点便会发出非常纯净的有色光线,使用量子点材料的背光源是目前色彩最纯净的背光源。

量子点技术示意图

    量子点作为一种具有独特光特性的全新纳米材料,可精确高效地将高能量蓝光转换为红色和绿色光,量子点可以在LCD显示屏的LED背光上形成一层薄膜,用蓝色LED照射就能发出全光谱的光,通过对背光进行精细调节,可以大幅提升色域表现,让色彩更加鲜明。

    量子点显示技术在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度等各个维度已全面升级,被视为全球显示技术的制高点,也被视为影响全球的显示技术革命。相比传统LCD显示器,量子点显示屏的色域可以达到110%。

量子点显示器的色域可以达到110%

    除了更广的显示色域外,量子点显示屏的成本也相对低廉,因为其本质上依然属于LCD显示屏范畴。显示屏生产厂商无需大规模改变生产原料和工艺,只需在原有的LED背光源上下功夫即可。

    将量子点整合到显示屏目前有两种方式,一种是量子点薄膜,另一种是侧入式量子管。第一种由3M研发,其做法是将量子点扩散在薄膜上,随后再将其堆叠在显示屏背光的薄膜上,三星和LG都使用这种方式,但会影响画质;第二种由QD Vision研发,主要使用在侧入式LED背光中,可大大降低显示屏厚度。

    量子点技术的优异特性使其很快便受到许多显示设备厂商的亲睐,包括三星、夏普、索尼、LG、TCL、海信、华硕以及亚马逊等电视和智能设备厂商均推出了搭载量子点技术的设备。调研机构Displaybank预估,量子点显示产品产值,可望从2013年的千万美元成长至2020年的2亿美元;量子点技术产品出货量,有望从2013年的50万台扩充至2023年的8700万台。

    虽然量子点显示技术的应用前景非常被看好,但是这项技术同样存在着一个很大的问题,那就是安全性。今天的量子点通常由两种化合物制成:硒化镉和磷化铟。美国癌症学会和3家联邦政府机构的调查显示,磷化铟具有高致癌性,白鼠实验表明它会引发“相当高”的肺癌发病率。而镉作为一种高熔点无挥发的金属,常温下性能稳定。

    据世界三大量子点材料制造商之一的美国QD Vision长期研究表明,元素镉虽有毒,但用于量子点的化合物硒化镉并没有毒,制成显示设备后也不会造成健康问题。REACH欧盟认证对硒化镉进行评估,同样认为不应将硒化镉归类为“健康风险类化学品”。

    首先,量子点可将有毒元素镉转换为安全和环保的硒化镉。每年全球公布的镉元素产量为30000吨,制作量子点设备可将环境中的镉元素转化为无毒的镉化合物,减少环境污染。其次,硒化镉一旦形成便很难分解成单独的镉和硒,因此硒化镉不具备生物可利用性,而且它与镉不同,不会在体内蓄积。最后,显示屏中使用的硒化镉含量非常低,一般的硒化镉显示屏仅含有1.5毫克镉。

    在实际应用中,硒化镉量子点存在于半导体壳内,然后密封在聚合物基质中,封装在电视机内或显示屏背光单元内的玻璃管(或“量子点光纤”)中。在QD Vision的实验中,根据模拟有毒化学物质浸出(来自可能被处置不当的电视)的毒性特性溶出协议,量子点光学器件在测试过程中未检测到镉元素。因此一定程度上而言硒化镉基量子点技术显示设备并不具有健康隐患。

    虽然这一结论已经经过了实验验证,然而在实际生活中,依据欧美ROHS标准镉基量子点材料依然被限制使用,不过欧美ROHS标准中同时也规定了,在镉含量低于0.001%时存在豁免情况,而QD Vision所开发的量子点技术的光学部件正是在豁免名单之列。

    如今的工作和生活中,我们对于显示设备的要求正在变得越来越高,无论是超精细的医疗诊断、高品质的工业建模、优秀的创新和工业设计还是更逼真娱乐视听体验,都需要更加出色的显示设备的支持,如今的主流显示技术已经并不能很好的满足这些需求。

    国际电讯联盟(ITU)在2012年发布了一项代号为Rec.2020的全新规范,这是一项有关播放和显示的规范,是新超高UHD蓝光规范的基础,它的色域要求是目前一般标准的两倍。包括英特尔、Netflix、夏普、3M、谷歌、索尼和佳能等公司相继宣布将采用这一标准。而这一标准现有的主流显示技术却无一能够达到,可预见的唯一可行的解决方案就是发展量子点显示技术。

    一场伟大的显示技术革命即将到来。

关键字:量子点  显示技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2015/1120/article_9473.html
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