量子点: 纳米技术与显示器的结合

2019年 2月 20日

话题:

行业趋势

作者:

Anne Corning

漫威2018年电影作品《蚁人与黄蜂女》（Ant-Man and the Wasp ）中运用了量子纠缠、量子领域和量子能量的概念。在某一时刻，蚁人向他的两个同谋者喊道：“你们这些人难道要把‘量子’这个词放在一切东西的前面吗？”

虽然电影里的量子“科学”并非总是100％准确（正如蚁人的科学顾问所解释的，其是一名真正的量子物理学家），但现实世界里的科学家和工程师们近年来一直在大踏步前进，将量子发现成果和纳米技术广泛应用于计算、传感、密码学、计量学、成像等众多领域。

如果您最近花了很多时间关注显示器行业，您可能已经听说过该行业正在采用一种称为“量子点”的东西和新型“QLED”技术打造视觉图像更明亮、更多彩、更逼真的显示器。

量子点

从本质上讲，量子点是一种微小的半导体，每个量子点只是一个直径为2-10纳米（nm）的纳米粒子（纳米晶体）。由于它们的尺寸较小，这些纳米粒子具有独特的光学和电学特性。举例来说，当暴露在光线之下时，它们可以发出纯净的单色光（红光、蓝光和绿光），其中光的颜色取决于纳米粒子的大小。量子点具有广泛的用途，除了显示器之外，还可用于荧光、光子学和电化学应用。

量子点的颜色取决于纳米粒子的大小；不同的尺寸产生不同的波长。图片来源：Nanosys

量子点有两种类型：电发射型（电致发光）和光发射型。光发射量子点可以用在显示器层中，用于转换来自LED背光的单色蓝光，以发射用于LCD屏幕的纯色光。电发射量子点被用作发光二极管，类似于有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）或microLED显示器，但采用电发射量子粒子的电视机目前仍然处于实验阶段。如需了解更多有关量子点显示器背后物理学原理的信息，请参阅来自三星公司的这篇白皮书。

装有量子点的小瓶：半导体材料荧光纳米粒子。图片来源：PlasmaChem

量子显示器应用

自21世纪初以来，在量子点技术具备创造出具有超深色彩的更大可生产色域潜力的激发下，科学家和显示器行业的创新者们一直在探索此技术。随着宽色域和HDR电视机的出现，市场对能够产生更大量饱和色彩的显示器的需求显著增加。由于它们能够产生光谱纯净的光波长，因此量子点可以达到接近100%的 Rec. 2020（BT2020）色域以及100%的 DCI-P3覆盖率。

量子点还具有高度的节能性，因此采用量子点技术的显示器（尤其是电视机屏幕等大型显示器）能够以更少的能量产生更明亮的白光。市场上目前出现的商用量子显示器都是“QLED”型，由三星公司率先推出，该公司于2017年在CES上发布了首款QLED电视机。

如上所述，QLED显示器采用光发射型量子点。在这些显示器中，光发射量子点层用作滤光片，以改进色温，并提高背光所产生光线的亮度。量子点面板采用节能型蓝色LED背光，而不是标准LED显示器中采用的白色背光。LED发出蓝光，因此存在空白像素允许蓝光通过。红色和绿色量子点位于顶部滤光层上，并利用背光的能量在显示器中产生红色和绿色色调。这可以实现非常精确的色彩调整（基于量子点的大小）以产生更大的色域。

三星公司将于2019年推出的65” QLED 4K超高清电视机。

值得注意的是，尽管名称中有关于显示器“发光”的推定，但QLED显示器中的量子点本身并不产生光（相反，QLED中的“LED”指的是LED背光）。QLED的性能在很多方面与最新型发光显示技术OLED（有机发光二极管）相比毫不逊色。如果发射量子点（电发射类型）可以取代量子滤光片（光发射类型），量子点显示器的显示性能和能量效率将可以提高。这些未来的屏幕被称为直视量子点显示器，可以产生极限对比度、色域、黑画面亮度水平和总体亮度及前所未有的能效。

量子显示器的质量和性能

虽然量子点显示器可以提供卓越的性能，但它们仍然会遇到与传统显示器相同的质量问题。如果在生产过程中未识别并校正死像素、Mura（瑕疵）和不均匀性等缺陷，则可能会损害用户的观看体验。Radiant的ProMetric®成像亮度计和色度计可测量显示器的性能和均匀性，测量精度达到像素级和亚像素级，能够与人类视觉感知的敏锐度和辨别力相匹配。举例来说，我们开发了一种专有方法，可用于测量和校正OLED、microLED和类似类型发射显示器中的像素间变化。