通過量子點(diǎn)集成最大限度地提高LCD色彩性能

與傳統(tǒng) LCD 技術(shù)（左）相比，量子點(diǎn)（右）提供更美麗、更生動(dòng)和更逼真的色彩表現(xiàn)。

量子點(diǎn)已迅速成為顯示器行業(yè)的下一個(gè)重大進(jìn)步，因?yàn)樵絹碓蕉嗟?a target="_blank">電子顯示器制造商將這些出色的微型半導(dǎo)體整合到他們的背光單元 (BLU) 中，與傳統(tǒng)的基于熒光粉的發(fā)光二極管相比，提高了色純度。 LED）背光液晶顯示器（LCD）。??

這種興奮是由量子點(diǎn)有效吸收光（通常是藍(lán)色 LED 的光）并將其轉(zhuǎn)換為非常特定的紅色和綠色的獨(dú)特能力所推動(dòng)的——提供比傳統(tǒng) LCD 技術(shù)更美麗、更鮮艷、更逼真的色彩性能。??

有了量子點(diǎn)，LCD 屏幕終于具備了與 OLED 產(chǎn)品抗衡的能力。量子點(diǎn)還為顯示器制造商提供了一種易于集成到其產(chǎn)品中的解決方案。與需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行全面且昂貴的檢修的 OLED 不同，量子點(diǎn)利用現(xiàn)有的 LCD 基礎(chǔ)設(shè)施，幫助制造商將創(chuàng)新的新技術(shù)帶給消費(fèi)者，而不會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用或復(fù)雜性。?

此外，量子點(diǎn)技術(shù)的靈活性（因?yàn)檫@些粒子很容易通過改變它們的尺寸來調(diào)節(jié)）適用于所有尺寸的顯示器——從大型高清電視到平板電腦和手機(jī)等小型設(shè)備。? ?

克服傳統(tǒng)色彩三角困境

由于色域限制，紅色和綠色傳統(tǒng)上難以在顯示器上模仿，這限制了飽和度水平。更廣的色域使制造商能夠根據(jù)人眼看到的顏色更好地匹配顏色，因此屏幕上的圖像看起來更逼真。?

今天，平均色域約為 DCI-P3 顏色三角形的 72%——這意味著紅色更接近橙色。在 100% 色域下，觀眾可以享受到真實(shí)、精確的紅色。然而，通過現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn) 100% 色域需要在亮度或效率方面進(jìn)行權(quán)衡。該方法涉及大量使用彩色濾光片，最終導(dǎo)致效率損失增加。

圖 1：彩色三角形，寬三角形表示顏色較好，而窄三角形表示顏色較差。

量子點(diǎn)為這個(gè)問題提供了解決方案。它們的高飽和發(fā)射可以通過濾色片而損失更少，從而在不犧牲亮度的情況下實(shí)現(xiàn) 100% 的 DCI 顏色三角形的高色純度。 ?

將量子點(diǎn)集成到 LCD 屏幕中的三種方法

為了實(shí)現(xiàn)向 LCD 屏幕提供近乎完美的彩色量子點(diǎn)，需要考慮三種方法： ?

片上，量子點(diǎn)直接沉積到 LED 封裝中

在邊緣，量子點(diǎn)集成在一個(gè)組件中，例如一個(gè)薄玻璃管，該組件遠(yuǎn)離 LED，但靠近 LED

表面上，其中配置使用覆蓋顯示器表面區(qū)域的遠(yuǎn)程量子點(diǎn)薄膜

雖然它的材料消耗最高，但表面幾何形狀提供了在室溫附近運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，并且更容易且更具成本效益地集成到封裝顯示架構(gòu)中。?

使用表面上的方法，結(jié)合到位于 LED 光源和 LCD 面板之間的薄膜中的量子點(diǎn)被藍(lán)色 LED 發(fā)出的光“激發(fā)”，將其中的一些轉(zhuǎn)化為非常純的綠光和紅光。因此，LCD 面板接收到更豐富的白光并擴(kuò)大了顯示器可以再現(xiàn)的顏色范圍。? ?

超越鎘問題

需要注意的是，并非所有的量子點(diǎn)都是平等的。迄今為止，許多為顯示器市場(chǎng)提供種子的量子點(diǎn)產(chǎn)品都含有鎘。鎘是一種有毒重金屬，由于其對(duì)人類健康和環(huán)境的威脅，其使用受到歐洲和其他環(huán)境立法的限制。例如，歐盟的限制使用某些有害物質(zhì) (RoHS) 指令限制了可包含在歐洲市場(chǎng)的電氣和電子設(shè)備中的鎘、鉛和汞的數(shù)量。鎘在均質(zhì)材料中的含量限制為 100 ppm——這個(gè)數(shù)字比汞和鉛的含量低 10 倍。??

鎘的存在阻礙了量子點(diǎn)在設(shè)備中的廣泛采用，使顯示器制造商無法從消費(fèi)者手中實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的好處。然而，對(duì)無重金屬量子點(diǎn)的合成和大規(guī)模制造的研究越來越受到關(guān)注。無鎘量子點(diǎn)為制造商和消費(fèi)者提供了一種更安全、更可持續(xù)的選擇，為他們提供了與該技術(shù)相關(guān)的所有色彩優(yōu)勢(shì)，而沒有與毒性或潛在監(jiān)管限制相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。 ?

超越基于鎘的量子點(diǎn)

用于顯示應(yīng)用的可見光發(fā)射無鎘量子點(diǎn)的研究主要集中在磷化銦上。然而，用于背光應(yīng)用的磷化銦的缺點(diǎn)之一是發(fā)射光的半峰全寬 (FWHM) 比 II-VI 材料（例如鎘）寬一些。這部分源于磷化銦中的量子限制效應(yīng)比鎘中的強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)射波長(zhǎng)相對(duì)于給定的顆粒尺寸變化產(chǎn)生相對(duì)較大的變化。 ??

這意味著需要更窄的粒度分布才能獲得與鎘基量子點(diǎn)相同的 FWHM。對(duì)于顯示應(yīng)用，使用具有更寬 FWHM 的量子點(diǎn)使得最大化色域成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。?

為了克服這個(gè)問題，Nanoco 開發(fā)了一種獨(dú)特的不含鎘的半導(dǎo)體合金量子點(diǎn)矩陣。通過調(diào)整量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)并允許操縱鍵合相互作用的強(qiáng)度，可以減少量子限制效應(yīng)。結(jié)果是 Nanoco 在縮小 FWHM 和提高其無鎘量子點(diǎn)的光致發(fā)光量子產(chǎn)率方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，使其在 LCD 中的性能與鎘對(duì)應(yīng)物幾乎相同。 ?

研究證明了無鎘量子點(diǎn)的高性能

Nanoco 開發(fā)了一種通用的分子播種方法，可以很好地控制量子點(diǎn)的生長(zhǎng)過程。此外，該工藝允許在特定時(shí)間替換含有所需元素的前體，與前體配體設(shè)計(jì)一起，能夠控制前體分解的機(jī)制，在需要時(shí)最大限度地合金化。??

為了證明無鎘量子點(diǎn)在表面配置中的功效，使用一種薄膜制備了 BLU，該薄膜由 Nanoco 在樹脂基質(zhì)中的紅色和綠色無鎘量子點(diǎn)組成，由藍(lán)色 LED 照明。該影片針對(duì) Digital Cinema Initiatives P3 (DCI-P3) 色彩空間進(jìn)行了優(yōu)化，色彩三角形顯示 95–98% 的覆蓋率（取決于所使用的濾鏡）和接近國(guó)際照明委員會(huì) (CIE) 的白點(diǎn)應(yīng)用彩色濾光片后的標(biāo)準(zhǔn)光源 D65。?

研究結(jié)果表明，由無鎘量子點(diǎn)組成的薄膜色域明顯大于常規(guī)黃色熒光粉Ce:YAG BLU，與鎘基量子點(diǎn)電視的色域相當(dāng)。這表明，盡管存在技術(shù)挑戰(zhàn)，但無鎘量子點(diǎn)和薄膜可以實(shí)現(xiàn)出色的光學(xué)性能。?

隨著分子播種技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)步，我們?cè)O(shè)想未來將實(shí)現(xiàn)更窄的 FWHM 值。不僅通過使用具有更窄 FWHM 的量子點(diǎn)，而且隨著該技術(shù)被更廣泛地采用，通過調(diào)整濾色器以用于量子點(diǎn)而不是用于傳統(tǒng)的稀土熒光粉，色域?qū)⒌玫竭M(jìn)一步改善。??

研究還評(píng)估了使用無鎘量子點(diǎn)制備的 BLU 的壽命。在 3000 小時(shí)的測(cè)試中，光致發(fā)光強(qiáng)度保持穩(wěn)定。使用數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)外推，這產(chǎn)生了至少 30,000 小時(shí)的預(yù)計(jì)壽命，這對(duì)于電子顯示設(shè)備來說已經(jīng)足夠了。??

結(jié)果表明，該公司的無鎘量子點(diǎn)為 LCD BLU 應(yīng)用提供了一種可行的替代方案，可替代使用鎘基量子點(diǎn)的商用顯示器，而無需使用有毒重金屬。??

隨著限制使用重金屬的立法越來越嚴(yán)格，無鎘量子點(diǎn)被獨(dú)特地定位為市場(chǎng)上面向未來的量子點(diǎn)顯示技術(shù)。得益于這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)于制造商和消費(fèi)者而言，未來確實(shí)看起來更加豐富多彩（并且更安全）。?
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