[2011.06.16] 量子点显示技术:创新视觉感受

量子点显示技术

创新视觉感受

微小晶体如何提高图像质量

Jun 16th 2011 | from the print edition



尽管现代显示屏技术已表现不凡，但其显示效果仍有进一步提升的空间。即使现在最好的液晶显示屏,其产生的色彩数量也只能达到人眼（与人脑合作）色彩感知范围的三分之一。但随着量子点阵技术在显示屏上的应用，这种状况将很快得到改观。

量子点是一种半导体晶体，尺寸约为几个纳米（十亿分之一米）大小，相当于50几个原子宽。这种晶体受到激发后会发射光线。光线的波长及颜色取决于晶体的尺寸。较大尺寸晶体发射长波光线（红光），小晶体则发射短波光线（蓝光）。尺寸介乎两者之间的晶体发出的光线形成色谱带，如绿色。该计划利用这种特性产生色彩的细微差别,超越现有液晶屏的显示范围。

LCD由一种样式奇特的液晶物质构成。这种液晶体含有无数微细光栅，微细光栅能够允许或禁止白色光线通过，当微细光栅工作时,液晶体的光学极性可通过电路进行控制。现在大多数LCD中，光线都由发光二极管产生，之后它们被散射到光栅后面的特殊屏幕层。白光通过液晶光栅后进入一个滤光器，经过滤光最终只能输出主色光红、绿、蓝其中的一种颜色。将具有光栅的滤光器每三个进行组合（主色光各含其一），就产生了独立图象单元，或称作像素。通过改变光栅的通光量并将三种主色光按不同比例组合，就可决定每个像素产生的色彩范围。

彩虹之上

几年前显示屏色彩数量若能达到人类色彩感知范围的三分之一就足以令人赞叹了。但时代在不断进步，加州纳米系统公司老板Jason Hartlove认为他有更好的办法提高显示技术。他说加州纳米系统公司采用了一种叫量子点的技术，能够进一步增加可显示色彩的数量。

量子点所要解决的问题是现在显示屏产业首选的LCD光线不够亮白。它们发射的光偏向色谱的蓝色端。这种颜色偏差被体现在构成屏幕图像的各种频率中。有些观众会觉得这样的色彩看起来色调偏冷。

加州纳米系统公司有种称做量子点加强薄膜的产品，他们采用量子点对LED的光谱进行修正，使它们发出的白光能够更接近人眼的适应范围。正如该产品名字所示那样，量子点技术确实提高了显示效果，其实现原理是让LED的光线通过一张布满量子点的透明薄膜，这些量子点可以将光线吸收并将其中一部分重新发射。

这些量子点有两种规格。尺寸大些的将吸收的能量以红光形式重新发射出去。较小的则以绿光重新发射。据加州纳米系统公司称，最后经过过滤的图像由一个色彩范围更宽的色板生成，比现有的LCD能够达到的色彩范围宽50%。

加州纳米系统公司声称该技术的另一个优势是它很容易按照现有的生产工艺生产。只须将LED的散射层用量子点加强薄膜替代即可。薄膜本身生产也很容易。量子点由磷化铟半导体构成，将它们喷涂在一张透明塑料片上，然后用另一张塑料片进行覆盖，最后将它们进行整体加热封装。薄膜能够成卷的连续生产，有点类似印刷过程。这极大地降低了成本。

Hartlove称，该成果可能让彩色电影水准的效果出现在小显示屏上。还可推广到新的应用领域，如专业品质的彩色摄影，笔记本电脑，手机等设备。

采用这种方法改进传统的LCD可能只是量子点技术的应用开端，有些工程师认为该技术能用于提升整代显示屏的科技。

现在，许多业中人士认为下一代显示屏将采用有机发光二极管(OLEDs)制造。有机二极管与标准二极管区别在于：标准二极管的光线必须经过滤光及处理才能得到正确的强度和色彩。有机二极管拥有可提供的每种原色的不同结构二极管,这样可以直接生成像素。OLED要比LED更明亮，色彩更丰富和更有深度。这种显示器本身更薄并且具有较低功耗—所有特点都很吸引人。但不幸的是，大尺寸OLED显示屏制造费用昂贵而且其寿命没有标准LED长。

更为新奇的思路

量子点可能填补其它技术缺陷的空白。实际上它们承诺的亮度甚至比OLED还高，完全可能会取代OLED。OLED除了高亮度以外，它的价值在于对OLED实现供电和控制的电能可以直接转化成观众看到的光线。此光线无须进行过滤及处理。量子点可能也具有同样的构造，所以也能直接由电生光。既然控制OLED显示屏的电路已经被开发出来，那么用量子点取代OLED应当是很简单的事情。

今年初，三星电子的研究人员做的正是这个实验。他们展示了一个由红、绿、蓝量子点制成的实验型量子点显示屏，由一个特殊的晶体管阵列进行供电和控制。但做此实验的也不只三星一家。近来，位于马萨诸塞州的QD Vision公司采用量子点将LED照明装置的输出进行白化。他们展示了一个量子点显示屏原型，他们声称其效率和颜色级别可与OLED显示屏毗美。尽管QD Vision说这种显示技术实现商业化以前还有很多工作有待完成，但公司相信量子点显示屏最终会比OLED便宜。

量子点技术可应用的领域可能不只是显示屏。英国公司Nanoco的工程师认为量子点技术可以帮助产生太阳能。该公司计划通过调整太阳光入射效果来提升太阳能电池的效率，使太阳能电池能够充分吸收更多的能量。对于这些太阳能电池来说，要想取代现有的大规模发电方法，如煤炭和天然气，最关键的是效率。

量子点技术看起来似乎有美好的发展前景。现在许多炒作都是围绕纳米这一技术做文章—其想法是通过操控十亿分之一米尺度的物体可以生产出有用的产品。迄今为止，这些研究结果一直都不怎么引人注目。但量子点技术可能是个例外。

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