為什么量子點(diǎn)被學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究人員關(guān)注？

白光LED已經(jīng)在人們生活中得到了廣泛應(yīng)用，藍(lán)光LED與下轉(zhuǎn)換熒光材料結(jié)合的白色光源，這種光譜可調(diào)控的白光解決方案已經(jīng)應(yīng)用在了諸多消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品當(dāng)中，無(wú)論從液晶顯示面板的背光源到LED照明燈泡。隨著市場(chǎng)需求的提升以及技術(shù)革新，LED白光光源已經(jīng)從最初的追求滿足高效率，高亮度轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽毓庖约案叩念伾焚|(zhì)。我們針對(duì)下轉(zhuǎn)換熒光材料，介紹一些有關(guān)LED顯示與照明的新技術(shù)方向。了解我們?yōu)槭裁匆褂昧孔狱c(diǎn)作為下一代光轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用在LED顯示與照明中。

高品質(zhì)照明

傳統(tǒng)的LED照明一般是藍(lán)光LED結(jié)合YAG熒光粉組成的白光，具有高光效、低成本等優(yōu)點(diǎn)。但其光譜與人們習(xí)慣的太陽(yáng)光來講還有一定差距，提升顯色指數(shù)的方向主要是通過添加多種下轉(zhuǎn)換熒光材料，如多種顏色寬譜熒光粉，使得LED白光光譜更接近全光譜范圍。但有人卻反其道行之，嘗試使用窄半峰寬的多色激光組合作為白光光源，來檢驗(yàn)是否能被人們所接受。

來自美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（SNL）的研究人員J．Y． Tsao用藍(lán)、綠、黃、紅四種顏色的激光組合成白色光源。

圖：四色激光白光照明原理圖

該團(tuán)隊(duì)很好奇，二極管激光器的白光是否會(huì)影響人眼，而不像LED產(chǎn)生的白光。 為了檢驗(yàn)這個(gè)問題，研究人員在新墨西哥大學(xué)高科技材料中心開展了一系列測(cè)試。通過四色激光與白熾燈做對(duì)比，通過四十名志愿者的盲選測(cè)試，在志愿者對(duì)于光源的選擇上沒有顯著的偏好，這意味著激光作為白光光源與傳統(tǒng)白熾燈所具有的高顯色指數(shù)對(duì)于人們作為照明使用者來說差別不明顯。該研究結(jié)果對(duì)于我們使用窄峰寬光譜組合作為白光光源是非常有借鑒價(jià)值的。

寬色域顯示

基于LED背光的液晶顯示技術(shù)目前是電視與手機(jī)市場(chǎng)的主流，LED作為白色光源，需要經(jīng)過多種處理形成RGB像素點(diǎn)來產(chǎn)生可被人感知的圖像。

圖：液晶電視拆解原理圖

不同顏色的像素點(diǎn)主要通過背光光源結(jié)合濾光片實(shí)現(xiàn)，這里先不展開講，我們有機(jī)會(huì)再詳細(xì)介紹。傳統(tǒng)熒光粉具有較寬的半峰寬，在經(jīng)過濾光片后會(huì)被吸收其多余光譜的能量，這不僅造成了效率的下降，其透過濾光片的光譜的半峰寬也較寬，色域覆蓋面積不夠光。如下圖所示，如果我們擁有較窄的半峰寬光譜如24nm的紅、綠、藍(lán)色光，那么他們的大部分光譜可直接通過濾光片，其色域可大幅超過NTSC的標(biāo)準(zhǔn)。

圖：量子點(diǎn)與不同半峰寬色域面積

說到這里也許有人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，圍繞高品質(zhì)照明與寬色域顯示，都提到了一個(gè)重要的參數(shù)，就是窄的半峰寬光譜。量子點(diǎn)（Quantum Dots）材料的粒徑一般介于1～10nm之間，由于電子和空穴被量子限域，連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，因此發(fā)光光譜非常窄（20－30nm），色度純高，色域廣，可大幅超過NTSC的色域范圍（＞100％）；同時(shí)通過彩色濾光片光吸收損耗小，可實(shí)現(xiàn)低功耗顯示。由于量子限域效應(yīng)，同一種材料只需要變化量子點(diǎn)顆粒尺寸即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)可見光譜區(qū)的覆蓋?？梢詫⒍喾N不同尺寸的量子點(diǎn)按照一定比例混合，實(shí)現(xiàn)類似于太陽(yáng)光的自然光色，得到較高的顯色指數(shù)。量子點(diǎn)正是由于具有以上特性，被學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究人員關(guān)注。