量子点显示屏如何发光？

近年来，跨国公司相继推出了量子显示屏幕，量子点技术进入了市场化阶段。量子点电视的卖点是色域覆盖率高和峰值亮度高，相较于有机发光二极管（OLED），量子点电视所用的量子点发光二极管（QLED）具有较低的生产成本，所以有些公司舍弃OLED而进军QLED，那么，量子点是什么呢？

量子点（quantum dot, QD）是尺寸在100纳米以下的粒子团，又被称为半导体纳米微晶体。量子点是俄罗斯科学家Alexander Efros、AlekseyEkimov和贝尔实验室的布鲁斯（Louis Brus）于33年前发现的。目前被研究较多的是Cds、CdSe、CdTe、ZnS等。那么，量子点是如何发光的呢？量子点的发光方式有电致发光和光致发光。量子点是半导体纳米晶体，那么，半导体的发光机理是什么呢？

在发光二极管（LED）中，原子周围有固定的电子位置，有些地方电子较多而位置较少，多余点电子能够自由移动，叫做自由电子；有些地方电子较少，导致有的位置没有电子，我们把它叫做空穴；所以自由电子带正电，而空穴带负电。如果自由电子掉进空穴中，势能降低，多余能量以光子形式发出，这被称为“电子空穴复合”。

对于电致发光，当发光二极管通电以后，电子和空穴被注入到半导体中并在电场作用下发生定向移动，他们在相遇时可能会发生电子空穴复合，电子进入空穴。当然并不是所有的电子和空穴都能发生符合，发生复合是有一定几率的，而这个几率决定了发光二极管的效率，复合几率与半导体的尺寸有一定关系。

当半导体的尺寸小到一定程度，达到量子点的级别以后，由于量子限域效应，电子空穴复合所发出的光的波长随量子点的尺寸变化，也就是说不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光，而且发光波长集中分布，从而导致色彩非常鲜艳。同时量子点中电子空穴复合的效率很高，只要自由电子和空穴在电场的作用下按照1:1的比例进入量子点，几乎可以完全发生符合，发光效率很高。

但是自由电子和空穴很难按照1:1的比例进入量子点，注入的自由电子和空穴数量不平衡，空穴数量少而自由电子数量多。科学家在QLED器件结构中空穴注入量子点前增加了空穴传输层，空穴传输层能够使空穴注入更加容易，从而增加空穴数量；在电子进入量子点前增加了绝缘层来降低电子的注入速率；使得自由电子和空穴的比例接近1:1，从而提高复合效率。

对于光致发光，量子点中的电子在一定光照下被激活离开原有位置形成自由电子和空穴，由于自由电子和空穴距离很近，立刻会复合，放出一定波长的光子，从而实现光致发光。光之发光的颜色也随着量子点的尺寸变化而变化。

所以对于QLED，光致发光的QLED屏幕需要背光，被称为“第一代量子显式技术”，而电致发光的QLED屏幕不需要背光就可以发光了，被称为“第二代量子显式技术”，目前，第一代量子显式技术已经市场化，第二代量子显式技术预计最快于五年后量产。

参考文献

1. 维基百科, Quantum dot, https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_dot

2. 晨曦, 量子点解决液晶画质软肋为何等到今年才登场?, http://tech.qq.com/a/20150111/014760.htm

3. 山水闲人, 让量子点发出光, http://www.guokr.com/article/439572