通过量子点集成最大限度地提高LCD色彩性能

与传统 LCD 技术（左）相比，量子点（右）提供更美丽、更生动和更逼真的色彩表现。

量子点已迅速成为显示器行业的下一个重大进步，因为越来越多的电子显示器制造商将这些出色的微型半导体整合到他们的背光单元 (BLU) 中，与传统的基于荧光粉的发光二极管相比，提高了色纯度。 LED）背光液晶显示器（LCD）。  

这种兴奋是由量子点有效吸收光（通常是蓝色 LED 的光）并将其转换为非常特定的红色和绿色的独特能力所推动的——提供比传统 LCD 技术更美丽、更鲜艳、更逼真的色彩性能。  

有了量子点，LCD 屏幕终于具备了与 OLED 产品抗衡的能力。量子点还为显示器制造商提供了一种易于集成到其产品中的解决方案。与需要对生产线进行全面且昂贵的检修的 OLED 不同，量子点利用现有的 LCD 基础设施，帮助制造商将创新的新技术带给消费者，而不会产生额外的费用或复杂性。 

此外，量子点技术的灵活性（因为这些粒子很容易通过改变它们的尺寸来调节）适用于所有尺寸的显示器——从大型高清电视到平板电脑和手机等小型设备。   

克服传统色彩三角困境

由于色域限制，红色和绿色传统上难以在显示器上模仿，这限制了饱和度水平。更广的色域使制造商能够根据人眼看到的颜色更好地匹配颜色，因此屏幕上的图像看起来更逼真。 

今天，平均色域约为 DCI-P3 颜色三角形的 72%——这意味着红色更接近橙色。在 100% 色域下，观众可以享受到真实、精确的红色。然而，通过现有技术实现 100% 色域需要在亮度或效率方面进行权衡。该方法涉及大量使用彩色滤光片，最终导致效率损失增加。

图 1：彩色三角形，宽三角形表示颜色较好，而窄三角形表示颜色较差。

量子点为这个问题提供了解决方案。它们的高饱和发射可以通过滤色片而损失更少，从而在不牺牲亮度的情况下实现 100% 的 DCI 颜色三角形的高色纯度。  

将量子点集成到 LCD 屏幕中的三种方法

为了实现向 LCD 屏幕提供近乎完美的彩色量子点，需要考虑三种方法：  

片上，量子点直接沉积到 LED 封装中

在边缘，量子点集成在一个组件中，例如一个薄玻璃管，该组件远离 LED，但靠近 LED

表面上，其中配置使用覆盖显示器表面区域的远程量子点薄膜

虽然它的材料消耗最高，但表面几何形状提供了在室温附近运行的优势，并且更容易且更具成本效益地集成到封装显示架构中。 

使用表面上的方法，结合到位于 LED 光源和 LCD 面板之间的薄膜中的量子点被蓝色 LED 发出的光“激发”，将其中的一些转化为非常纯的绿光和红光。因此，LCD 面板接收到更丰富的白光并扩大了显示器可以再现的颜色范围。   

超越镉问题

需要注意的是，并非所有的量子点都是平等的。迄今为止，许多为显示器市场提供种子的量子点产品都含有镉。镉是一种有毒重金属，由于其对人类健康和环境的威胁，其使用受到欧洲和其他环境立法的限制。例如，欧盟的限制使用某些有害物质 (RoHS) 指令限制了可包含在欧洲市场的电气和电子设备中的镉、铅和汞的数量。镉在均质材料中的含量限制为 100 ppm——这个数字比汞和铅的含量低 10 倍。  

镉的存在阻碍了量子点在设备中的广泛采用，使显示器制造商无法从消费者手中实现技术和产品的好处。然而，对无重金属量子点的合成和大规模制造的研究越来越受到关注。无镉量子点为制造商和消费者提供了一种更安全、更可持续的选择，为他们提供了与该技术相关的所有色彩优势，而没有与毒性或潜在监管限制相关的风险。  

超越基于镉的量子点

用于显示应用的可见光发射无镉量子点的研究主要集中在磷化铟上。然而，用于背光应用的磷化铟的缺点之一是发射光的半峰全宽 (FWHM) 比 II-VI 材料（例如镉）宽一些。这部分源于磷化铟中的量子限制效应比镉中的强，导致发射波长相对于给定的颗粒尺寸变化产生相对较大的变化。   

这意味着需要更窄的粒度分布才能获得与镉基量子点相同的 FWHM。对于显示应用，使用具有更宽 FWHM 的量子点使得最大化色域成为一项挑战。 

为了克服这个问题，Nanoco 开发了一种独特的不含镉的半导体合金量子点矩阵。通过调整量子点的结构并允许操纵键合相互作用的强度，可以减少量子限制效应。结果是 Nanoco 在缩小 FWHM 和提高其无镉量子点的光致发光量子产率方面取得了相当大的进展，使其在 LCD 中的性能与镉对应物几乎相同。  

研究证明了无镉量子点的高性能

Nanoco 开发了一种通用的分子播种方法，可以很好地控制量子点的生长过程。此外，该工艺允许在特定时间替换含有所需元素的前体，与前体配体设计一起，能够控制前体分解的机制，在需要时最大限度地合金化。  

为了证明无镉量子点在表面配置中的功效，使用一种薄膜制备了 BLU，该薄膜由 Nanoco 在树脂基质中的红色和绿色无镉量子点组成，由蓝色 LED 照明。该影片针对 Digital Cinema Initiatives P3 (DCI-P3) 色彩空间进行了优化，色彩三角形显示 95–98% 的覆盖率（取决于所使用的滤镜）和接近国际照明委员会 (CIE) 的白点应用彩色滤光片后的标准光源 D65。 

研究结果表明，由无镉量子点组成的薄膜色域明显大于常规黄色荧光粉Ce:YAG BLU，与镉基量子点电视的色域相当。这表明，尽管存在技术挑战，但无镉量子点和薄膜可以实现出色的光学性能。 

随着分子播种技术的进一步进步，我们设想未来将实现更窄的 FWHM 值。不仅通过使用具有更窄 FWHM 的量子点，而且随着该技术被更广泛地采用，通过调整滤色器以用于量子点而不是用于传统的稀土荧光粉，色域将得到进一步改善。  

研究还评估了使用无镉量子点制备的 BLU 的寿命。在 3000 小时的测试中，光致发光强度保持稳定。使用数据的对数外推，这产生了至少 30,000 小时的预计寿命，这对于电子显示设备来说已经足够了。  

结果表明，该公司的无镉量子点为 LCD BLU 应用提供了一种可行的替代方案，可替代使用镉基量子点的商用显示器，而无需使用有毒重金属。  

随着限制使用重金属的立法越来越严格，无镉量子点被独特地定位为市场上面向未来的量子点显示技术。得益于这项创新技术，对于制造商和消费者而言，未来确实看起来更加丰富多彩（并且更安全）。 
 

　　审核编辑：汤梓红