實現量子點光色可控 納米技術全面升級LED顯示屏

作者： 　來源： 　日期：2022-04-12

      當幾個麻省理工的畢業生于2005年創建QD Vision時，很少有人會想到它能夠在短短5年時間里取得45項技術專利，并得到美國能源部和國防部的大力資助。據說奧巴馬去年造訪麻省理工時還特意向公司高層詳細詢問了量子點技術的進展。
　　自愛迪生發明白熾燈以來的100多年間，照明技術經歷了無數次的更新，但細數下來，真正具備“換代”意義的燈具卻只有三種：白熾燈、熒光燈和發光二極管（LED）。LED實現了電光的直接轉換，具有功耗低、高亮度、色彩艷麗、抗振動、壽命長的特性，當第一個能發出白光的LED燈于1998年問世時，很多人認為這種“集萬千優點于一身”的電燈將是燈泡進化史上的一個終點。

　　但是以美國QD Vision為代表的一批高科技公司則在告訴世人：燈泡的故事還有續篇。在美國國防部和能源部的財政支持下，QD Vision在LED的基礎上，采用納米技術研制出了更加高效節能的量子點LED燈，在繼承LED燈諸多優點的同時，它還擁有兩個突出特點：首先是實現了光線顏色的可控，使得冷冰冰的LED光線變得更加柔和；更重要的是，由于能夠將LED的基色100%轉化為白光，量子LED燈變得更加高效和節能。QD Vision不久前已經推出了供家庭和辦公室使用的商用量子點LED燈。也許在今年晚些時候商店貨架上就會出現它的身影。而在LED顯示和背光方面，量子點技術同樣值得期待。

　　LED燈“嫁接”納米技術

　　在窺探量子點LED燈的奧妙之前，我們有必要了解何謂量子點。量子點（Quantum Dots）是一些肉眼無法看到的、極其微小的半導體納米晶體，是一種粒徑不足10納米的顆粒。通常說來，量子點是由鋅、鎘、硒和硫原子組合而成。1983年美國貝爾實驗室的科學家首次對其進行了研究，但卻“忘了”給它起名字，數年后耶魯大學的物理學家馬克?里德將這種半導體微塊正式命名為“量子點”并沿用至今。

　　量子點有一個與眾不同的特性：每當受到光或電的刺激，量子點便會發出有色光線，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點能夠改變光源發出的光線顏色。那么量子點到底是如何讓LED光線變得柔和高效的呢？

　　目前市面上能發白光的LED實際的光源顏色卻是藍色的，由藍變白需要借助一種由名為釔鋁石榴子石（YAG）的物質制成的熒光體涂層，YAG熒光體能夠吸收部分藍光，將它們轉換為黃光，當黃光和藍光混合后便可產生一種新的光色，其顏色在肉眼看來非常接近白色。但是與天然光線相比，這種混合色中缺乏紅色光譜，這使得照明用的LED燈光看起來冰冷而刺眼，部分熒光燈也有此弊病。拋開造價高的因素，從某種意義上說，光線不夠柔和也阻礙了LED燈走入家庭、大規模商用的進程。

　　量子點則可利用可控的光線顏色改變“冷酷”的LED燈。據QD Vision聯合創始人科爾?蘇利文介紹，他的公司已經完全掌握了量子點的光色可控技術，從工作原理上說，量子點與YAG熒光體類似，通過光線刺激讓量子點發散出幾種顏色的組合，最終讓LED燈發散出白色的燈光，但蘇利文拒絕透露如何讓量子點產生這幾種顏色的光線。

　　尤為值得注意的是，量子點能夠將LED光源發出的藍光完全轉化為白光，而不是像YAG熒光體那樣只能吸收一部分，這意味著在同樣的燈泡亮度下，量子點LED燈所需的藍光更少，在電光轉化中需要的電力自然更少，更高效的表現令其在節能減排方面更勝一籌。

　　量子點LED顯示小試牛刀

　　LED的用途并不僅限于照明，它還有更加廣泛的發揮空間，比如LED顯示和LED背光。2008年的北京奧運會上，空中升起的LED奧運五環、“鳥巢”看臺上的大型LED屏幕等大量使用的LED技術已讓我們見識到了LED顯示的魅力。因為兩項功能也都和“發光”有直接關系，不少科學家目前都在研究如何讓量子點技術在LED顯示器、電視、手機背光等領域發揮更大的效力。

　　在河北石家莊LED顯示屏領域，目前在技術范疇內被提及最多的當屬有機發光二極管（OLED），相比于當下大紅大紫的液晶顯示設備（LCD），OLED的優勢非常明顯，尤其是在能耗方面。OLED采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，電流通過時這些有機材料就會發光，也就說它能夠自己發光，而LCD不是自發光器件，需要后背模塊，增加燈管，這使得OLED較LCD更加輕薄，顯示效果也更好，同時能夠顯著節省電能（能耗僅為LCD的10%至20%）。

　　但因為OLED使用的是有機材料，顯示設備的壽命比LCD要短很多，并且技術成本也很高，若能用量子點替代有機材料，則可以在很大程度上延長OLED的使用壽命，同時進一步降低能耗。英國的納米科技公司Nanoco Technologies已經在這個領域做出嘗試，研究人員開發出了可使顯示器全彩顯示的量子點，LED測試表明，其顯示出的色純度甚至超過了有機材料，但穩定性有待進一步提高。

　　并不遙遠的未來科技

　　近些年來，隨著科技的發展，納米技術已經在IT等行業取得了一定進展，但與其廣闊的應用空間相比，納米科技依舊處于嬰兒時期，從實驗室突破到市場的納米技術屈指可數。但在科技創新屢見不鮮的今天，應用于照明的量子點技術顯得并不那么遙遠。

　　當幾個麻省理工的畢業生于2005年創建QD Vision時，很少有人會想到它能夠在短短5年時間里取得45項技術專利，并得到美國能源部和國防部的大力資助。據說奧巴馬去年造訪麻省理工時還特意向公司高層詳細詢問了量子點技術的進展。

　　QD Vision和美國照明設備公司Nexxus Lighting合作生產的首批商用量子點LED燈是一個讓人期待的產品，11瓦的功率即可達到70瓦白熾燈的光照效果（熒光燈大致需要15瓦），但其壽命卻是后者的50倍以上。

　　如果從荷蘭菲利普公司1978年發明第一代熒光燈算起，白熾燈一家獨大的局面足足維持了一個世紀，但從熒光燈到LED的出現卻只用了20年。隨著各國對低碳經濟的認可和推廣，我們有理由相信，“嫁接”了納米技術的LED距離我們并不遙遠。