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量子点显示技术的科学解读

文章来源:本站编辑 更新时间:2016-08-22 20:10:49   浏览次数:

 

量子点显示技术的科学解读

                                                          ZNDS智能电视网2016-08-03 10:35

导语:“量子点电视”是最近两年彩电市场上出现频率非常高的一种新产品。和其他新事物一样,量子点电视从诞生以来就受到了不少质疑,其中最常见一个就是“镉污染”问题。日前,国际量子点显示领域顶级专家,现就职于浙江大学化学系的彭笑刚教授对量子点显示技术进行了解读。

什么是量子点?

      量子点是一种溶液半导体纳米晶。量子点的尺寸从2纳米到8纳米,根据直径不同同一种化学成分,可以发射出从蓝色、绿色、黄色、橙色、到红色不等的光。

        量子点技术最初在上个世纪70年代末出现,是西方国家在石油危机时希望寻找到一种高效的光电转化技术时发现的。科学界认为“量子点有可能是人类有史以来发现的最优秀的发光材料。“,因为量子点可以通过改变尺寸实现连续可控的发光,需要什么波长的光就可以做到什么波长。除此之外,量子点发光材料的色纯度非常纯,这也是人类所掌握的其他发光材料很难比拟的。

        目前在国际上,量子点相关研究是一个非常热门的领域,一年发表的论文数量可以以万计。而对量子点显示理论做出了重要贡献的美国科学家Brus和前苏联的科学家Efros也是诺贝尔奖的大热门。

量子点在显示领域的应用

        量子点技术能发挥用途的领域主要有:LED、太阳能电池和生物-医学标记三个。但我个人认为真正能够比较快的进入到人类生活的还是LED照明领域。

量子点显示技术的科学解读

        第一代量子点技术的应用是”光致发光“元件。在蓝光LED前面加上分布有绿色和红色量子点的膜,就可以发出液晶显示器所需要的白色背光。量子点白光背光源和传统白光背光源相比,红、绿、蓝三原色的色纯度很高,在光谱图中看就是有三个非常明显的”峰“,而不是普通LED背光源那样是一片平坦而连续的白光。

        光致发光的量子点主要解决了传统液晶显示色域过小的致命问题。即便是目前行业里最新的BT2020色域,量子点理论上也可以做到接近100%。现在市面上的量子点电视机色域基本可以达到BT2020的65%-90%不等(普通液晶屏幕,包括苹果手机屏幕,只能覆盖50%左右的BT2020色域)。

        目前正在研究的第二代量子点技术则是以“电致发光”材料为代表的应用。所谓“电致发光”是说在这种材料通上电流就可以直接发光,应用在液晶显示设备上的话就不需要背光源和彩色滤光片。由于量子点是无机材料,它不仅稳定性更好,也可以实现柔性显示甚至印刷显示,拥有非常广阔的应用前景。目前这项技术还处于实验室阶段,我预计3-5年时间就可以开始逐步走出实验室开始商业化应用的尝试。

关于量子点中镉污染的问题

        第一代量子点,也就是光致发光的量子点在生产过程中会使用一定的镉化物,因此目前对量子点电视争议最大的一点就是其“环保性”。

        而镉的毒性之所以得到大家的警惕主要是因为镍镉电池和矿山排放。一节大号镍镉电池含高达22g的镉,台湾等地因为生产这种电池出现过镉含量大大超标的“镉大米”。但是在量子点电视上,一个平方厘米的量子点LED只需要0.000002g的镉,是一节镍镉电池的千万分之一、大致相当于一支香烟的镉量。现在市面上的量子点背光源电视,以一台去年上市的TCL 55吋量子点电视为例,里面的镉含量大约相当于一公斤国际标准大米的镉含量。也就是说你吃掉一台电视,才相当于吃了一公斤国际标准大米。所以,量子点电视中镉的含量从科学角度看不可怕,但被一些不明真相的人渲染的可怕了。

        其次,电视买回去不是吃的,量子点电视中的镉都被封装到高分子的介质中了。以我所熟悉的量子点电视元件为例,量子点材料是不会泄露的,自己也不会跑出来,就算砸碎也不会跑出来,极其难以被人体吸收、极其难以被释放进入空气和水中。在美国做量子点生产时为了拿到美国环境保护总署的批件,把量子点元件粉碎、用盐酸浸泡,最终结果是在盐酸溶液中没有测出镉。

        关于量子点镉的危险问题,还有两个事实可以和大家分享:

        第一,我在美国发明的量子点生产技术叫做绿色合成化学。后来美国的QDvision公司把这个技术规模产业化了,申请到了美国的“绿色化学总统奖”。

        第二,我在美国和中国实验室的学生、NN-Labs和纳晶的同事,一般每年去检查身体的镉含量。在过去十几年里,还没有任何人查出身体里有可检测量的镉。

        所以相比较而言,量子点电视的含镉问题,从科学角度看不是问题。

量子点显示技术的科学解读

量子点和OLED有可比性么?

        OLED也是现在比较热门的 一种自发光显示技术。过去普遍认为电视机的发展路线图是从CRT-LCD液晶-OLED,但如果量子点可以做到电致发光,那么将对OLED技术路线形成挑战。

        相比于第一代基于光致发光技术的量子点背光源电视,OLED TV在黑场、柔性、视角上确实拥有优势。黑场就是完全黑的时候,LCD永远赶不上OLED;柔性,OLED可以在柔性的基材上做。但是在亮度和色域范围上,第一代光致发光量子点就已经不输于OLED了。

        如果电致发光的量子点走出实验室,那么我相信OLED最后的这些优势很快都会消失。用电致发光量子点做显示,同样是量子点,同样的材料,电致发光不受滤色片的限制,能实现的色域范围比光致发光的更大。而且在生产的能源消耗、终端产品寿命等方面,量子点的优势会更加凸显。

        当然,这份榜单背后隐藏的商业利益对企业而言也是个巨大的诱惑。京东要想把这个榜单做成真正对消费者有益、对行业有益的事业,光把它做出来还是不够的,毕竟在中国现在的商业环境下、恶意刷单等行为早已屡见不鲜,如何利用大数据运营屏蔽可能存在的风险,并进一步提升榜单更多的商业价值,则是京东下一步必须要考虑的事情。

        京东家电事业部总裁闫小兵在618开盘前夕曾表示,京东在618期间公开产品销售排行榜的目的就是要让用户可以直观、准确的了解产品和品牌销售信息,避免出现各家都说自己第一的问题发生。但通过这次618促销的实战检验,相信这只是一种非常谦虚的说法罢了,这个在一年时间里只会出现短短2周时间的榜单背后,确实留下了太多需要行业去思考和探索的东西。。

量子点技术的未来

        在光致发光的第一代量子点电视上,我们中国目前是不落后别人的。从做量子点材料和背光源元件角度看,目前最有竞争力的三家公司:QDVision 、Nanosys、纳晶科技。前面两家是美国公司,QDVision可以生产管式量子点背光源、Nansys的量子点可用于生产薄膜式量子点背光源,只有纳晶科技的量子点可以同时生产两种量子点背光源元件。

        我从美国回来以时认为以电致发光的量子点技术是最容易突破的领域。于是,我们实验室开始集中精力攻克量子点电致发光材料。一般情况下,研究量子点发光都是研究它们的光致发光,特点是一个光子进来就可以发光了。而做电致发光原理完全不一样,需要一个电子和一个空穴同时到达一个量子点。我们在浙大的实验室,过去几年的主要精力首先是理解、控制量子点的光致发光,并将其提高到了前所未有的水平。在此基础上再实现为电致发光量子点。

        而我们国家工信部也把量子点打印显示是国家关键技术,是下一代显示产业的方向。科技部也发布了“十三五”计划,其中把QLED打印显示列为关键共性技术。国家认为量子点打印技术很有希望成为下一代显示的主流。这个方面我们要保持目前的领先地位。如果实现了这一点,对国家的战略价值意义重大。中国是全世界最大的显示终端生产商,但是我们在LCD和OLED高端的显示模组和模组里的高端东西基本上靠进口,这消耗了非常多的外汇储备。量子点打印显示领域如果能够力保持领先地位,并借这个领先地位在整个产业过程中间占据制高点,对国家战略是非常重要的。毕竟,显示是一个关乎到我们生产生活方方面面的大产业。

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