量子點(diǎn)技術(shù)稱霸未來顯示世界？

經(jīng)過多年發(fā)展，顯示技術(shù)已經(jīng)有了極大的提升，包括廣為人知的CRT顯示技術(shù)、等離子顯示技術(shù)以及LCD顯示技術(shù)等等，其中等離子顯示技術(shù)和LCD顯示技術(shù)均可歸類為FPD(平板顯示器)。

從目前市場占有率而言，F(xiàn)PD已經(jīng)完全超越了CRT，在我們的生活中隨處可見電腦顯示器、彩電屏幕等設(shè)備均采用了FPD技術(shù)，這其實(shí)可以理解為一次顯示技術(shù)革命，即FPD技術(shù)取代了CRT技術(shù)。

雖然FPD技術(shù)已經(jīng)成為了目前顯示領(lǐng)域的主流，然而就FPD本身而言，它所包含的顯示技術(shù)也并非平衡發(fā)展的，其中的LCD技術(shù)要遠(yuǎn)超等離子技術(shù)。相較而言，LCD顯示屏具有低電壓、低功耗、可靠性高、成本低廉的特點(diǎn)，并且可直接與CMOS集成電路匹配。

不過，雖然LCD顯示技術(shù)擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但也并非完美無缺。一個非常關(guān)鍵的短板就是其色域范圍低，也就是所能呈現(xiàn)的色彩范圍非常有限，普通LCD顯示屏的色域一般只有72% NTSC水平。這在如今要求日益提升的科研和生活領(lǐng)域來說顯然是不夠的。

為了解決這一問題，量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。量子點(diǎn)(Quantum Dots)是一種人造的半導(dǎo)體納米材料，每當(dāng)受到光的刺激，量子點(diǎn)便會發(fā)出非常純凈的有色光線，使用量子點(diǎn)材料的背光源是目前色彩最純凈的背光源。

量子點(diǎn)技術(shù)示意圖

量子點(diǎn)作為一種具有獨(dú)特光特性的全新納米材料，可精確高效地將高能量藍(lán)光轉(zhuǎn)換為紅色和綠色光，量子點(diǎn)可以在LCD顯示屏的LED背光上形成一層薄膜，用藍(lán)色LED照射就能發(fā)出全光譜的光，通過對背光進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，可以大幅提升色域表現(xiàn)，讓色彩更加鮮明。

量子點(diǎn)顯示技術(shù)在色域覆蓋率、色彩控制精確性、紅綠藍(lán)色彩純凈度等各個維度已全面升級，被視為全球顯示技術(shù)的制高點(diǎn)，也被視為影響全球的顯示技術(shù)革命。相比傳統(tǒng)LCD顯示器，量子點(diǎn)顯示屏的色域可以達(dá)到110%。

除了更廣的顯示色域外，量子點(diǎn)顯示屏的成本也相對低廉，因?yàn)槠浔举|(zhì)上依然屬于LCD顯示屏范疇。顯示屏生產(chǎn)廠商無需大規(guī)模改變生產(chǎn)原料和工藝，只需在原有的LED背光源上下功夫即可。

將量子點(diǎn)整合到顯示屏目前有兩種方式，一種是量子點(diǎn)薄膜，另一種是側(cè)入式量子管。第一種由3M研發(fā)，其做法是將量子點(diǎn)擴(kuò)散在薄膜上，隨后再將其堆疊在顯示屏背光的薄膜上，三星和LG都使用這種方式，但會影響畫質(zhì);第二種由QD Vision研發(fā)，主要使用在側(cè)入式LED背光中，可大大降低顯示屏厚度。

量子點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)異特性使其很快便受到許多顯示設(shè)備廠商的親睞，包括三星、夏普、索尼、LG、TCL、海信、華碩以及亞馬遜等電視和智能設(shè)備廠商均推出了搭載量子點(diǎn)技術(shù)的設(shè)備。調(diào)研機(jī)構(gòu)Displaybank預(yù)估，量子點(diǎn)顯示產(chǎn)品產(chǎn)值，可望從2013年的千萬美元成長至2020年的2億美元;量子點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品出貨量，有望從2013年的50萬臺擴(kuò)充至2023年的8700萬臺。

雖然量子點(diǎn)顯示技術(shù)的應(yīng)用前景非常被看好，但是這項(xiàng)技術(shù)同樣存在著一個很大的問題，那就是安全性。今天的量子點(diǎn)通常由兩種化合物制成：硒化鎘和磷化銦。美國癌癥學(xué)會和3家聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的調(diào)查顯示，磷化銦具有高致癌性，白鼠實(shí)驗(yàn)表明它會引發(fā)“相當(dāng)高”的肺癌發(fā)病率。而鎘作為一種高熔點(diǎn)無揮發(fā)的金屬，常溫下性能穩(wěn)定。

據(jù)世界三大量子點(diǎn)材料制造商之一的美國QD Vision長期研究表明，元素鎘雖有毒，但用于量子點(diǎn)的化合物硒化鎘并沒有毒，制成顯示設(shè)備后也不會造成健康問題。REACH歐盟認(rèn)證對硒化鎘進(jìn)行評估，同樣認(rèn)為不應(yīng)將硒化鎘歸類為“健康風(fēng)險(xiǎn)類化學(xué)品”。

首先，量子點(diǎn)可將有毒元素鎘轉(zhuǎn)換為安全和環(huán)保的硒化鎘。每年全球公布的鎘元素產(chǎn)量為30000噸，制作量子點(diǎn)設(shè)備可將環(huán)境中的鎘元素轉(zhuǎn)化為無毒的鎘化合物，減少環(huán)境污染。其次，硒化鎘一旦形成便很難分解成單獨(dú)的鎘和硒，因此硒化鎘不具備生物可利用性，而且它與鎘不同，不會在體內(nèi)蓄積。最后，顯示屏中使用的硒化鎘含量非常低，一般的硒化鎘顯示屏僅含有1.5毫克鎘。

在實(shí)際應(yīng)用中，硒化鎘量子點(diǎn)存在于半導(dǎo)體殼內(nèi)，然后密封在聚合物基質(zhì)中，封裝在電視機(jī)內(nèi)或顯示屏背光單元內(nèi)的玻璃管(或“量子點(diǎn)光纖”)中。在QD Vision的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)模擬有毒化學(xué)物質(zhì)浸出(來自可能被處置不當(dāng)?shù)碾娨?的毒性特性溶出協(xié)議，量子點(diǎn)光學(xué)器件在測試過程中未檢測到鎘元素。因此一定程度上而言硒化鎘基量子點(diǎn)技術(shù)顯示設(shè)備并不具有健康隱患。

雖然這一結(jié)論已經(jīng)經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然而在實(shí)際生活中，依據(jù)歐美ROHS標(biāo)準(zhǔn)鎘基量子點(diǎn)材料依然被限制使用，不過歐美ROHS標(biāo)準(zhǔn)中同時也規(guī)定了，在鎘含量低于0.001%時存在豁免情況，而QD Vision所開發(fā)的量子點(diǎn)技術(shù)的光學(xué)部件正是在豁免名單之列。

如今的工作和生活中，我們對于顯示設(shè)備的要求正在變得越來越高，無論是超精細(xì)的醫(yī)療診斷、高品質(zhì)的工業(yè)建模、優(yōu)秀的創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計(jì)還是更逼真娛樂視聽體驗(yàn)，都需要更加出色的顯示設(shè)備的支持，如今的主流顯示技術(shù)已經(jīng)并不能很好的滿足這些需求。

國際電訊聯(lián)盟(ITU)在2012年發(fā)布了一項(xiàng)代號為Rec.2020的全新規(guī)范，這是一項(xiàng)有關(guān)播放和顯示的規(guī)范，是新超高UHD藍(lán)光規(guī)范的基礎(chǔ)，它的色域要求是目前一般標(biāo)準(zhǔn)的兩倍。包括英特爾、Netflix、夏普、3M、谷歌、索尼和佳能等公司相繼宣布將采用這一標(biāo)準(zhǔn)。而這一標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有的主流顯示技術(shù)卻無一能夠達(dá)到，可預(yù)見的唯一可行的解決方案就是發(fā)展量子點(diǎn)顯示技術(shù)。

一場偉大的顯示技術(shù)革命即將到來。