一文解析量子点技术的发光原理

很多东西都是偶然发现的——引力、青霉素、新大陆——现在这个名单又有了新成员：美国能源部劳伦斯•伯克利国家实验室的科学家发现了，为什么一项制造量子点和纳米柱的技术到目前为止还不能令人满意。而且，他们还发现了如何纠正这个问题。

伯克利实验室的化学家Paul Alivisatos和Illinois大学的化学家Prashant Jain领导一组研究者发现，为什么溶液中的多种成分结晶而成的纳米晶体经过阳离子置换后，色泽变差了。他们发现，问题的根源是最终的产品不纯。研究小组还指出，这些杂质可以通过加热去除。

图片左边的瓶子里装的是净化前的晶体，右边的瓶子里是把杂质去除后的纳米晶体。

所谓量子点

量子点是指直径小于纳米的半导体超微颗粒。1纳米相当于十亿分之一米，足见量子点颗粒之小。简单比较来说，如果世界的大小假定为1，那么量子点（0.000000001）就相当于一个足球那么大。它比时下已成为问题的空气中的超细微颗粒（2.5μm）都要小一千倍。量子点是由无机物材料，直径为2~10纳米的内核和外壳组成，最终由高分子涂层包裹而成的构造。最具代表性的量子点材料是镉。由于镉对环境有害，三星开发了新的量子点技术，即使没有镉材料，依旧可以保持量子点的高性能。目前这项技术正投入使用中。

量子点的发光原理

量子点的独特之处在于，即使向同一种物质发光或供给电流，根据粒子的大小却会展现出不同的颜色。粒子若小则会看到蓝色的短波光，粒子若大则会看到红色的长波光，因而可以通过粒子的大小来表现不同的颜色。

量子点显示的分类

① QDEF-LCD （Quantum Dot Enhancement Film LCD）

目前应用量子点技术的产品如已上市的三星SUHD电视等，主要使用的就是QDEF技术。就是在基准的LCD上添加量子薄膜。其具体方式就是将含有量子点的量子薄膜如上图所示插入在发光的背光模组之上，让穿过薄膜的光通过液晶和彩色滤光片的方式展现颜色。构造虽与LCD的方式无异，但通过QDEF技术可以得到相当好的色彩再现效果。

② QDCF-LCD （Quantum Dot Color Filter LCD）

与QDEF的方式在LCD的背光模组上添加量子薄膜不同，QDCF技术是直接将基准的LCD彩色滤光片（color filter）材料换成QD来表现所需的颜色。这项技术的优势在于量子点的发光位置就在离人眼更近的彩色滤光片上，相对于量子薄膜内的光要通过液晶和彩色滤光片的QDEF方式可展现纯度更高的色彩表现力。

③ QD-OLED （Quantum Dot OLED）

目前学术界在讨论关于将量子点和OLED结合的新技术。如果说到目前为止讨论的QDEF和QDCF技术是以LCD为基础的概念，那么QD技术就是将OLED的蓝光应用在背光模组，使光通过由量子点组成的红色和绿色彩色滤光片来表现颜色的概念。依旧使用彩色滤光片与LCD相似，同时不选用液晶而是OLED材料又与OLED相似，因而被叫做OLED量子点混合型技术。由于背光模组的材质是OLED并且不含液晶材料，理论上是可以实现柔性显示技术的。

④ QD-LED （Quantum Dot Light EmitTIng Diode）

最后一项称之为QD-LED技术。这项技术与前三者有着很大的不同。QD-LED技术是指以量子点元素组成的RGB自身可发出固有的颜色。自体发光这一点与OLED（有机发光二极管）相似。显示构造虽与目前的OLED相似，然而发光物质由无机物换成有机物可看成差异很大的概念。OLED所采用的有机材料在空气与水分中易受损的反面，采用无机材料的量子点不存在相应问题，所以在制造过程和使命寿命层面上得到了积极正面的评价。当然量子点在摄氏50度以上有易受损的缺点，但作为可克服现有难题的新技术，未来会受到更多的瞩目。