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量子點顯示技術的科學解讀

文章來源:本站編輯 更新時間:2016-08-22 20:10:49   瀏覽次數:

 

量子點顯示技術的科學解讀

                                                          ZNDS智能電視網2016-08-03 10:35

導語:“量子點電視”是最近兩年彩電市場上出現頻率非常高的一種新產品。和其他新事物一樣,量子點電視從誕生以來就受到了不少質疑,其中最常見一個就是“鎘污染”問題。日前,國際量子點顯示領域頂級專家,現就職于浙江大學化學系的彭笑剛教授對量子點顯示技術進行了解讀。

什么是量子點?

      量子點是一種溶液半導體納米晶。量子點的尺寸從2納米到8納米,根據直徑不同同一種化學成分,可以發射出從藍色、綠色、黃色、橙色、到紅色不等的光。

        量子點技術最初在上個世紀70年代末出現,是西方國家在石油危機時希望尋找到一種高效的光電轉化技術時發現的。科學界認為“量子點有可能是人類有史以來發現的最優秀的發光材料。“,因為量子點可以通過改變尺寸實現連續可控的發光,需要什么波長的光就可以做到什么波長。除此之外,量子點發光材料的色純度非常純,這也是人類所掌握的其他發光材料很難比擬的。

        目前在國際上,量子點相關研究是一個非常熱門的領域,一年發表的論文數量可以以萬計。而對量子點顯示理論做出了重要貢獻的美國科學家Brus和前蘇聯的科學家Efros也是諾貝爾獎的大熱門。

量子點在顯示領域的應用

        量子點技術能發揮用途的領域主要有:LED、太陽能電池和生物-醫學標記三個。但我個人認為真正能夠比較快的進入到人類生活的還是LED照明領域。

量子點顯示技術的科學解讀

        第一代量子點技術的應用是”光致發光“元件。在藍光LED前面加上分布有綠色和紅色量子點的膜,就可以發出液晶顯示器所需要的白色背光。量子點白光背光源和傳統白光背光源相比,紅、綠、藍三原色的色純度很高,在光譜圖中看就是有三個非常明顯的”峰“,而不是普通LED背光源那樣是一片平坦而連續的白光。

        光致發光的量子點主要解決了傳統液晶顯示色域過小的致命問題。即便是目前行業里最新的BT2020色域,量子點理論上也可以做到接近100%。現在市面上的量子點電視機色域基本可以達到BT2020的65%-90%不等(普通液晶屏幕,包括蘋果手機屏幕,只能覆蓋50%左右的BT2020色域)。

        目前正在研究的第二代量子點技術則是以“電致發光”材料為代表的應用。所謂“電致發光”是說在這種材料通上電流就可以直接發光,應用在液晶顯示設備上的話就不需要背光源和彩色濾光片。由于量子點是無機材料,它不僅穩定性更好,也可以實現柔性顯示甚至印刷顯示,擁有非常廣闊的應用前景。目前這項技術還處于實驗室階段,我預計3-5年時間就可以開始逐步走出實驗室開始商業化應用的嘗試。

關于量子點中鎘污染的問題

        第一代量子點,也就是光致發光的量子點在生產過程中會使用一定的鎘化物,因此目前對量子點電視爭議最大的一點就是其“環保性”。

        而鎘的毒性之所以得到大家的警惕主要是因為鎳鎘電池和礦山排放。一節大號鎳鎘電池含高達22g的鎘,臺灣等地因為生產這種電池出現過鎘含量大大超標的“鎘大米”。但是在量子點電視上,一個平方厘米的量子點LED只需要0.000002g的鎘,是一節鎳鎘電池的千萬分之一、大致相當于一支香煙的鎘量。現在市面上的量子點背光源電視,以一臺去年上市的TCL 55吋量子點電視為例,里面的鎘含量大約相當于一公斤國際標準大米的鎘含量。也就是說你吃掉一臺電視,才相當于吃了一公斤國際標準大米。所以,量子點電視中鎘的含量從科學角度看不可怕,但被一些不明真相的人渲染的可怕了。

        其次,電視買回去不是吃的,量子點電視中的鎘都被封裝到高分子的介質中了。以我所熟悉的量子點電視元件為例,量子點材料是不會泄露的,自己也不會跑出來,就算砸碎也不會跑出來,極其難以被人體吸收、極其難以被釋放進入空氣和水中。在美國做量子點生產時為了拿到美國環境保護總署的批件,把量子點元件粉碎、用鹽酸浸泡,最終結果是在鹽酸溶液中沒有測出鎘。

        關于量子點鎘的危險問題,還有兩個事實可以和大家分享:

        第一,我在美國發明的量子點生產技術叫做綠色合成化學。后來美國的QDvision公司把這個技術規模產業化了,申請到了美國的“綠色化學總統獎”。

        第二,我在美國和中國實驗室的學生、NN-Labs和納晶的同事,一般每年去檢查身體的鎘含量。在過去十幾年里,還沒有任何人查出身體里有可檢測量的鎘。

        所以相比較而言,量子點電視的含鎘問題,從科學角度看不是問題。

量子點顯示技術的科學解讀

量子點和OLED有可比性么?

        OLED也是現在比較熱門的 一種自發光顯示技術。過去普遍認為電視機的發展路線圖是從CRT-LCD液晶-OLED,但如果量子點可以做到電致發光,那么將對OLED技術路線形成挑戰。

        相比于第一代基于光致發光技術的量子點背光源電視,OLED TV在黑場、柔性、視角上確實擁有優勢。黑場就是完全黑的時候,LCD永遠趕不上OLED;柔性,OLED可以在柔性的基材上做。但是在亮度和色域范圍上,第一代光致發光量子點就已經不輸于OLED了。

        如果電致發光的量子點走出實驗室,那么我相信OLED最后的這些優勢很快都會消失。用電致發光量子點做顯示,同樣是量子點,同樣的材料,電致發光不受濾色片的限制,能實現的色域范圍比光致發光的更大。而且在生產的能源消耗、終端產品壽命等方面,量子點的優勢會更加凸顯。

        當然,這份榜單背后隱藏的商業利益對企業而言也是個巨大的誘惑。京東要想把這個榜單做成真正對消費者有益、對行業有益的事業,光把它做出來還是不夠的,畢竟在中國現在的商業環境下、惡意刷單等行為早已屢見不鮮,如何利用大數據運營屏蔽可能存在的風險,并進一步提升榜單更多的商業價值,則是京東下一步必須要考慮的事情。

        京東家電事業部總裁閆小兵在618開盤前夕曾表示,京東在618期間公開產品銷售排行榜的目的就是要讓用戶可以直觀、準確的了解產品和品牌銷售信息,避免出現各家都說自己第一的問題發生。但通過這次618促銷的實戰檢驗,相信這只是一種非常謙虛的說法罷了,這個在一年時間里只會出現短短2周時間的榜單背后,確實留下了太多需要行業去思考和探索的東西。。

量子點技術的未來

        在光致發光的第一代量子點電視上,我們中國目前是不落后別人的。從做量子點材料和背光源元件角度看,目前最有競爭力的三家公司:QDVision 、Nanosys、納晶科技。前面兩家是美國公司,QDVision可以生產管式量子點背光源、Nansys的量子點可用于生產薄膜式量子點背光源,只有納晶科技的量子點可以同時生產兩種量子點背光源元件。

        我從美國回來以時認為以電致發光的量子點技術是最容易突破的領域。于是,我們實驗室開始集中精力攻克量子點電致發光材料。一般情況下,研究量子點發光都是研究它們的光致發光,特點是一個光子進來就可以發光了。而做電致發光原理完全不一樣,需要一個電子和一個空穴同時到達一個量子點。我們在浙大的實驗室,過去幾年的主要精力首先是理解、控制量子點的光致發光,并將其提高到了前所未有的水平。在此基礎上再實現為電致發光量子點。

        而我們國家工信部也把量子點打印顯示是國家關鍵技術,是下一代顯示產業的方向。科技部也發布了“十三五”計劃,其中把QLED打印顯示列為關鍵共性技術。國家認為量子點打印技術很有希望成為下一代顯示的主流。這個方面我們要保持目前的領先地位。如果實現了這一點,對國家的戰略價值意義重大。中國是全世界最大的顯示終端生產商,但是我們在LCD和OLED高端的顯示模組和模組里的高端東西基本上靠進口,這消耗了非常多的外匯儲備。量子點打印顯示領域如果能夠力保持領先地位,并借這個領先地位在整個產業過程中間占據制高點,對國家戰略是非常重要的。畢竟,顯示是一個關乎到我們生產生活方方面面的大產業。

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