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在視覺(jué)的明度和節(jié)能方面，很少有顯示技術(shù)能與OLED（有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)）媲美。但目前OLED多被應(yīng)用于手機(jī)類小型的顯示設(shè)備上，OLED的生產(chǎn)技術(shù)正在克服前述問(wèn)題，努力向制造如計(jì)算機(jī)顯示器或者電視機(jī)等大型化的設(shè)備邁進(jìn)。

量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)主要包括量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示技術(shù)（QLED）和量子點(diǎn)背光源技術(shù)（QD-BLU）。下面在介紹量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)前，需要先了解量子點(diǎn)的概念。

一、量子點(diǎn)的基本概念

1.量子點(diǎn)的含義

量子點(diǎn)（Quantum Dot）這個(gè)聽(tīng)來(lái)有些科幻的名字是美國(guó)耶魯大學(xué)物理學(xué)家馬克•里德提出的，也往往被稱為“納米點(diǎn)”或者“零維材料”。量子點(diǎn)是一類特殊的納米材料，往往是由碑化鐐、硒化鎘等半導(dǎo)體材料為核，外面包裹著另一種半導(dǎo)體材料而形成的微小顆粒。每個(gè)量子點(diǎn)顆粒的尺寸只有幾納米到數(shù)十納米，包含了幾十到數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子。因?yàn)槠潴w積的微小，讓內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動(dòng)都受到局限，所以量子限域效應(yīng)特別顯著，也讓它能發(fā)出特定顏色的熒光。在受到外界光源的照射后，量子點(diǎn)中的電子吸收了光子的能量，從穩(wěn)定的低能級(jí)躍遷到不穩(wěn)定的高能級(jí)，而在恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)，將會(huì)將能量以特定波長(zhǎng)光子的方式放出。這種激發(fā)熒光的方式與其他半導(dǎo)體分子相似；而不同的是，量子點(diǎn)的熒光顏色，與其大小緊密相關(guān)，只需要調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的大小，就可以得到不同顏色的純色光。

量子點(diǎn)是由有限數(shù)目的原子組成，其三個(gè)維度尺寸均在納米數(shù)量級(jí)。量子點(diǎn)一般為球形或類球形，是由半導(dǎo)體材料（通常由ⅡB~ⅥA或ⅢA~ⅤA元素組成）制成的、穩(wěn)定直徑在2~20nm的納米粒子。量子點(diǎn)是在納米尺度上的原子和分子的集合體，既可由一種半導(dǎo)體材料組成，如由ⅡB.ⅥA族元素（如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等）或ⅢA.ⅤA族元素（如InP、InAs等）組成，也可以由兩種或兩種以上的半導(dǎo)體材料組成。作為一種新穎的半導(dǎo)體納米材料，量子點(diǎn)具有許多獨(dú)特的納米性質(zhì)。

量子點(diǎn)是在把導(dǎo)帶電子、價(jià)帶空穴及激子在三個(gè)空間方向上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。這種約束可以歸結(jié)于靜電勢(shì)（由外部的電極，摻雜，應(yīng)變，雜質(zhì)產(chǎn)生），兩種不同半導(dǎo)體材料的界面（如在自組量子點(diǎn)中），半導(dǎo)體的表面（如半導(dǎo)體納米晶體），或者以上三者的結(jié)合。一個(gè)量子點(diǎn)具有少量的（1~100個(gè)）整數(shù)的電子、空穴或電子空穴對(duì)，即其所帶的電量是元電荷的整數(shù)倍。

量子點(diǎn)，也可稱為納米晶，是一種由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素組成的納米顆粒。量子點(diǎn)的粒徑一般為1~10nm，由于電子和空穴被量子限域，連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，受激后可以發(fā)射熒光?；诹孔有?yīng)，量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池、發(fā)光器件、光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

小的量子點(diǎn)，例如膠狀半導(dǎo)體納米晶，可以小到2~10nm，這相當(dāng)于10~50個(gè)原子的直徑的尺寸，在一個(gè)量子點(diǎn)體積中可以包含100~100000個(gè)這樣的原子，自組裝量子點(diǎn)的典型尺寸在10~50nm，通過(guò)光刻成型的門電極或者刻蝕半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣形成的量子點(diǎn)橫向尺寸，可以超過(guò)100nm。將10nm的300萬(wàn)個(gè)量子點(diǎn)首尾相接排列起來(lái)，可以達(dá)到人類拇指的寬度。

量子點(diǎn)按其幾何形狀，可分為箱形量子點(diǎn)、球形量子點(diǎn)、四面體量子點(diǎn)、柱形量子點(diǎn)、立方量子點(diǎn)、盤形量子點(diǎn)和外場(chǎng)（電場(chǎng)和磁場(chǎng)）誘導(dǎo)量子點(diǎn)；按其電子與空穴的量子封閉作用，量子點(diǎn)可分為1型量子點(diǎn)和2型量子點(diǎn)；按其材料組成，量子點(diǎn)又可分為元素半導(dǎo)體量子點(diǎn)、化合物半導(dǎo)體量子點(diǎn)和異質(zhì)結(jié)量子點(diǎn)。此外，原子及分子團(tuán)簇、超微粒子和多空硅等也都屬于量子點(diǎn)范疇。

2.量子點(diǎn)的主要性質(zhì)。

①量子點(diǎn)的發(fā)射光譜可以通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸大小來(lái)控制。通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸和化學(xué)組成可以使其發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)。以CdTe量子為例，當(dāng)它的粒徑從2.5nm增加到4.0nm時(shí)，它們的發(fā)射波長(zhǎng)可以從510nm紅移到660nm。

②量子點(diǎn)具有很好的光穩(wěn)定性。量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度比最常用的有機(jī)熒光材料“羅丹明6G”高20倍，穩(wěn)定性更是“羅丹明6G”的100倍以上。因此，量子點(diǎn)可以對(duì)標(biāo)記的物體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀察，這也為研究細(xì)胞中生物分子之間長(zhǎng)期相互作用提供了有力的工具。

③量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)譜和窄的發(fā)射譜。使用同一激發(fā)光源就可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒徑的量子點(diǎn)進(jìn)行同步檢測(cè)，因而可用于多色標(biāo)記，極大地促進(jìn)了熒光標(biāo)記的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍較窄，不同熒光染料通常需要多種波長(zhǎng)的激發(fā)光來(lái)激發(fā)，這給實(shí)際的研究工作帶來(lái)了很多不便。此外，量子點(diǎn)具有窄而對(duì)稱的熒光發(fā)射峰，且無(wú)拖尾，多色量子點(diǎn)同時(shí)使用時(shí)不容易出現(xiàn)光譜交疊。

④量子點(diǎn)具有較大的斯托克斯位移。量子點(diǎn)不同于有機(jī)染料的另一光學(xué)性質(zhì)就是大的斯托克斯位移，這樣可以避免發(fā)射光譜與激發(fā)光譜的重疊，有利于熒光光譜信號(hào)的檢測(cè)。

⑤生物相容性好。量子點(diǎn)經(jīng)過(guò)各種化學(xué)修飾之后，可以進(jìn)行特異性連接，其細(xì)胞毒性低，對(duì)生物體危害小，可進(jìn)行生物活體標(biāo)記和檢測(cè)。

⑥量子點(diǎn)的熒光壽命長(zhǎng)。有機(jī)熒光染料的熒光壽命一般僅為幾納秒（這與很多生物樣本的自發(fā)熒光衰減的時(shí)間相當(dāng)），而量子點(diǎn)的熒光壽命可持續(xù)20~50ns，這使得當(dāng)光激發(fā)后，大多數(shù)的自發(fā)熒光已經(jīng)衰變，而量子點(diǎn)熒光仍然存在，此時(shí)即可得到無(wú)背景干擾的熒光信號(hào)。

總之，量子點(diǎn)具有激發(fā)光譜寬且連續(xù)分布，而發(fā)射光譜窄而對(duì)稱、顏色可調(diào)、光化學(xué)穩(wěn)定性高、熒光壽命長(zhǎng)等優(yōu)越的熒光特性，是一種理想的熒光探針。

（3）量子點(diǎn)的物理效應(yīng)。量子點(diǎn)獨(dú)特的性質(zhì)基于它自身的量子效應(yīng)，當(dāng)顆粒尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，尺寸限域?qū)⒁鸪叽缧?yīng)、量子限域效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而派生出納米體系具有常觀體系和微觀體系不同的低維物性，展現(xiàn)出許多不同于宏觀體材料的物理化學(xué)性質(zhì)，在非線性光學(xué)、磁介質(zhì)、催化、醫(yī)藥及功能材料等方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)將對(duì)生命科學(xué)和信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，以及物質(zhì)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究發(fā)生深刻的影響。

①量子尺寸效應(yīng)。通過(guò)控制量子點(diǎn)的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸，就可以方便地調(diào)節(jié)其能隙（禁帶）寬度、激子束縛能的大小，以及激子的能量藍(lán)移等電子狀態(tài)。隨著量子點(diǎn)尺寸的逐漸減小，量子點(diǎn)的光吸收譜出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，尺寸越小，則譜藍(lán)移現(xiàn)象也越顯著，這就是所謂的量子尺寸效應(yīng)。

②表面效應(yīng)。它是指隨著量子點(diǎn)的粒徑減小，大部分原子位于量子點(diǎn)的表面，量子點(diǎn)的比表面積隨粒徑減小而增大。由于納米顆粒大的比表面積，表面相原子數(shù)的增多，導(dǎo)致了表面原子的配位不足、不飽和鍵和懸鍵增多，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。這種表面效應(yīng)將引起納米粒子大的表面能和高的活性。表面原子的活性不但會(huì)引起納米粒子表面原子輸運(yùn)和結(jié)構(gòu)型的變化，同時(shí)也會(huì)引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。表面缺陷導(dǎo)致陷阱電子或空穴，它們反過(guò)來(lái)會(huì)影響量子點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)，引起非線性光學(xué)效應(yīng)。金屬體材料通過(guò)光反射而呈現(xiàn)出各種特征顏色，由于表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)使納米金屬顆粒對(duì)光反射系數(shù)顯著下降，通常低于1%，因而納米金屬顆粒一般呈黑色，粒徑越小，顏色越深，即納米顆粒的光吸收能力越強(qiáng)，呈現(xiàn)出寬頻帶強(qiáng)吸收譜。

③介電限域效應(yīng)。由于量子點(diǎn)與電子的De Broglie波長(zhǎng)、相干波長(zhǎng)及激子Bohr半徑可比擬，電子局限在納米空間，電子輸運(yùn)受到限制，電子平均自由程很短，電子的局域性和相干性增強(qiáng)，將引起量子限域效應(yīng)。對(duì)于量子點(diǎn)，當(dāng)粒徑與Wannier激子Bohr半徑相當(dāng)或更小時(shí)，處于強(qiáng)限域區(qū)，易形成激子，產(chǎn)生激子吸收帶。隨著粒徑的減小，激子帶的吸收系數(shù)增加，出現(xiàn)激子強(qiáng)吸收。由于量子限域效應(yīng)，激子的最低能量向高能方向移動(dòng)即藍(lán)移。最新的報(bào)道表明，日本NEC已成功地制備了量子點(diǎn)陣，在基底上沉積納米島狀量子點(diǎn)陣列。當(dāng)用激光照射量子點(diǎn)使之激勵(lì)時(shí)，量子點(diǎn)發(fā)出藍(lán)光，表明量子點(diǎn)確實(shí)具有關(guān)閉電子的功能的量子限域效應(yīng)。當(dāng)量子點(diǎn)的粒徑大于Waboer激子Bohr半徑時(shí)，處于弱限域區(qū)，此時(shí)不能形成激子，其光譜是由干帶間躍遷的一系列線譜組成。

④量子隧道效應(yīng)。傳統(tǒng)的功能材料和元件，其物理尺寸遠(yuǎn)大于電子自由程，所觀測(cè)的是群電子輸運(yùn)行為，具有統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，所描述的性質(zhì)主要是宏觀物理量。當(dāng)微電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時(shí)，必須要考慮量子隧道效應(yīng)。100nm被認(rèn)為微電子技術(shù)發(fā)展的極限，其原因是電子在納米尺度空間中將有明顯的波動(dòng)性，量子效應(yīng)將起主要功能。電子在納米尺度空間中運(yùn)動(dòng)，物理線度與電子自由程相當(dāng)，載流子的輸運(yùn)過(guò)程將有明顯電子的波動(dòng)性，出現(xiàn)量子隧道效應(yīng)。電子的能級(jí)是分立的，利用電子的量子效應(yīng)制造的量子器件，要實(shí)現(xiàn)量子效應(yīng)，要求在幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米的微小區(qū)域形成納米導(dǎo)電域。電子被“鎖”在納米導(dǎo)電區(qū)域，電子在納米空間中顯現(xiàn)出的波動(dòng)性產(chǎn)生了量子限域效應(yīng)。納米導(dǎo)電區(qū)域之間形成薄薄的量子墊壘，當(dāng)電壓很低時(shí)，電子被限制在納米尺度范圍運(yùn)動(dòng)，升高電壓可以使電子越過(guò)納米勢(shì)壘形成費(fèi)米電子海，使體系變?yōu)閷?dǎo)電。電子從一個(gè)量子阱穿越量子墊壘進(jìn)入另一個(gè)量子阱就出現(xiàn)了量子隧道效應(yīng)，這種絕緣到導(dǎo)電的臨界效應(yīng)是納米有序陣列體系的特點(diǎn)。

⑤庫(kù)侖阻塞效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)量子點(diǎn)與其所有相關(guān)電極的電容之和足夠小時(shí)，只要有一個(gè)電子進(jìn)入量子點(diǎn)，系統(tǒng)增加的靜電能就會(huì)遠(yuǎn)大于電子熱運(yùn)動(dòng)能力，這個(gè)靜電能將阻止隨后的第二個(gè)電子進(jìn)入同一個(gè)量子點(diǎn)，這就是庫(kù)侖阻塞效應(yīng)。

二、量子點(diǎn)背光源技術(shù)（QD-BLU）

目前最成熟的QLED應(yīng)用是用于改善液晶顯示設(shè)備的顯示效果，這種應(yīng)用采用的是三原色的光致發(fā)光QLED材料。量子點(diǎn)具有發(fā)光特性，量子點(diǎn)薄膜（QDEF）中的量子點(diǎn)在藍(lán)色LED背光照射下生成紅光和綠光，并同其余透過(guò)薄膜的藍(lán)光一起混合得到白光，從而能提升整個(gè)背光系統(tǒng)的發(fā)光效果。

量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)與眾不同的特性是，每當(dāng)受到光或電的刺激時(shí)，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，量子點(diǎn)能夠?qū)ED光源發(fā)出的藍(lán)光完全轉(zhuǎn)化為白光（傳統(tǒng)YAG熒光體只能吸收一部分），這意味著在同樣的亮度下，量子點(diǎn)QLED所需的藍(lán)光更少，在電光轉(zhuǎn)化中需要的電力亦更少，從而有效降低背光系統(tǒng)的功耗總成。

例如，在蘋果iPhone6和TCL的QLED電視中，QLED起到的作用是改變液晶顯示背光源的品質(zhì)。目前，白光LED光源是超薄、節(jié)能液晶顯示設(shè)備的主流光源，這種光源的LED燈主要由發(fā)藍(lán)色光的LED芯片和對(duì)應(yīng)的紅色、綠色熒光粉構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于，熒光粉的轉(zhuǎn)化效率并不是特別高、色彩純度也有限，前者導(dǎo)致液晶電視能耗水平一直高于OLED，后者導(dǎo)致液晶電視色彩表現(xiàn)比OLED差。

但是，在應(yīng)用QLED技術(shù)后，液晶顯示的背光系統(tǒng)可以是另一種狀態(tài)。QLED技術(shù)的液晶背光源中，LED發(fā)光器件選擇藍(lán)色的（不是白色，也不是紅綠藍(lán)三種，之所以選擇藍(lán)色，是因?yàn)樗{(lán)色LED的效率最高、成本最低），藍(lán)色的LED光通過(guò)導(dǎo)光板形成平行的面藍(lán)色光源，然后照射到涂覆有QLED物質(zhì)的另一個(gè)薄膜上，不同種類和數(shù)量的QLED量子點(diǎn)物質(zhì)將藍(lán)色LED的光，按比例轉(zhuǎn)化成紅綠藍(lán)三原色，并合成液晶顯示需要的“高品質(zhì)白色”背光源。

液晶顯示應(yīng)用QLED技術(shù)之后，背光源的色彩轉(zhuǎn)換效率大幅度提升，同時(shí)原色的純度也大幅度提升。前者使得電視機(jī)和手機(jī)更為節(jié)能，后者則使得電視機(jī)和手機(jī)的色彩表現(xiàn)力顯著提升。

當(dāng)然，任何技術(shù)都不是完美的。QLED技術(shù)目前用于改善液晶顯示設(shè)備的顯示效果，也會(huì)產(chǎn)生副作用，這些副作用主要是：QLED材料的熱穩(wěn)定性不好，這就要求采用該技術(shù)的液晶顯示設(shè)備更注重散熱：QLED材料在空氣中的穩(wěn)定性不好，這就需要注重顯示設(shè)備相關(guān)組件的密封；同時(shí)，QLED的材料壽命低于傳統(tǒng)的熒光粉很多（目前和OLED材料壽命相當(dāng)或者略長(zhǎng)），QLED材料會(huì)成為采用該技術(shù)的液晶顯示設(shè)備的壽命“瓶頸”，尤其是在個(gè)別QLED材料壽命只有1~3萬(wàn)小時(shí)的背景下，對(duì)比傳統(tǒng)LED光源10萬(wàn)小時(shí)的壽命，差異巨大。

用QLED加強(qiáng)LCD背光后液晶顯示的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 用QLED加強(qiáng)LCD背光后液晶顯示的結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)液晶顯示技術(shù)的畫面效果瓶頸主要由液晶反應(yīng)速度、濾光膜效果和背光源系統(tǒng)提供的背光品質(zhì)決定，而QLED可以顯著改善背光源的品質(zhì)；同時(shí)，在產(chǎn)品工藝上，QLED材料層可以和液晶背光源模組、背光模組中的導(dǎo)光板，甚至液晶和TFT工藝層混合，具有多種工藝和架構(gòu)選擇，可以讓液晶顯示廠商選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案。更為重要的是，這些技術(shù)路線中的任何一個(gè)，都不會(huì)較大地改變現(xiàn)有的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和流程體系。也就是說(shuō)，引入QLED技術(shù)的液晶產(chǎn)品，制造成本的增長(zhǎng)有限。同時(shí)，可以和液晶面板結(jié)合，也可以和背光源模組結(jié)合的特點(diǎn)，使得QLED可以在整機(jī)廠商或者面板廠商的產(chǎn)業(yè)鏈階段同時(shí)滲透，采用該技術(shù)制造顯示設(shè)備整機(jī)企業(yè)，不需要完全依賴面板廠商。

目前，液晶顯示行業(yè)巳經(jīng)把應(yīng)用QLED作為改善液晶畫質(zhì)品質(zhì)的關(guān)鍵突破點(diǎn)。但是，QLED創(chuàng)造的想象空間還遠(yuǎn)不止這些，如QLED還可以拋棄液晶成為獨(dú)立的顯示技術(shù)門類，這就是下面論述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示技術(shù)。

據(jù)報(bào)道，2005年，畢業(yè)于麻省理工大學(xué)的科爾•蘇利文創(chuàng)建QD Vision公司，隨后QD Vision聯(lián)手韓國(guó)LG Display和比利時(shí)化學(xué)品公司Solvay，研究并制造了QLED有源矩陣顯示屏。與目前的顯示屏相比，QLED在大大提高了亮度和畫面鮮艷度的同時(shí)，還減少了能耗。

該產(chǎn)品能夠進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)并能同有機(jī)發(fā)光顯示屏（OLED）相競(jìng)爭(zhēng)，如制造OLED時(shí)，需要使用一個(gè)'‘陰罩”，當(dāng)屏幕尺寸變大時(shí)，“陰罩”板容易發(fā)生熱脹冷縮，會(huì)使得色彩等不夠精確。而QLED的制造過(guò)程不需要使用“陰罩”，因此不會(huì)出現(xiàn)精確度減少的問(wèn)題。另外，量子點(diǎn)還可懸停在液體中，并使用多種技術(shù)讓其沉積，包括將其噴墨打印在非常薄的、柔性或者透明的襯底上。

OLED還有一處不足，即其純色需用彩色過(guò)濾器才能產(chǎn)生，而QLED從一開(kāi)始就能產(chǎn)生各種不同純色，也在將電子轉(zhuǎn)化為光子方面優(yōu)于OLED，因此能效更高，制造成本更低。在同等畫質(zhì)下，QLED的節(jié)能性有望達(dá)到OLED屏的2倍，發(fā)光率將提升30%~40%。

值得指出的是，2012年，浙江大學(xué)高新材料化學(xué)中心有合成化學(xué)背景的彭笑剛課題組和具有制備溶液工藝光電器件經(jīng)驗(yàn)的金一政等科學(xué)家緊密合作，在首先解決了量子點(diǎn)合成化學(xué)方面的問(wèn)題后，通過(guò)在器件中插入一層超薄絕緣層，很好地解決了載流子平衡注入這一困擾QLED領(lǐng)域多年的難題，從而設(shè)計(jì)出一種新型的量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）。并且，其制備方法基于低成本、有潛力應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的溶液工藝，其綜合性能則超越了已知的所有溶液工藝的紅光器件，尤其是將使用亮度條件下的壽命推進(jìn)到10萬(wàn)小時(shí)的實(shí)用水平。這種新型的QLED使用的發(fā)光材料是可溶的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶（量子點(diǎn)），這種高效的無(wú)機(jī)發(fā)光中心同時(shí)可以兼容溶液工藝。金一政說(shuō)：“采用溶液工藝制備光電器件具有高速度、低成本的優(yōu)勢(shì)，其制備過(guò)程有可能如同印刷報(bào)紙一樣簡(jiǎn)單高效，還有可能采用輕薄、柔性的塑料基板。”

（1）量子點(diǎn)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)原理。和OLED類似，量子點(diǎn)屏的每種顏色的像素都和一個(gè)薄膜發(fā)光二級(jí)管對(duì)應(yīng)，由二極管發(fā)光為量子點(diǎn)提供能量，激發(fā)量子點(diǎn)發(fā)出不同強(qiáng)度、不同顏色的光線，在人眼中組合成一幅圖像。由于量子點(diǎn)發(fā)光波長(zhǎng)范圍極窄，顏色非常純粹，所以量子點(diǎn)屏幕的畫面比其他屏幕都要更清新明亮。

QLED是利用單反射鏡結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)制造的發(fā)光二極管，如圖2所示。

這個(gè)器件的有源層是由InAs量子點(diǎn)層組成的，InAs量子點(diǎn)層被離開(kāi)器件表面的鍍金反射鏡的InGaAs層包覆。為了限制注入的載流子，利用一個(gè)單量子點(diǎn)層有源區(qū)，而InGaAs層生長(zhǎng)在GaAs襯底和有源區(qū)之間。為了提高輸出信號(hào)光功率，單量子點(diǎn)層位于離開(kāi)表面反射鏡發(fā)光γ/2的位置。這樣，由反射鏡反射的光信號(hào)不斷地與來(lái)自有源層下面的輻射發(fā)光作用，從而使襯底收集的光信號(hào)功率增大4倍。人們已成功地研制出工作波長(zhǎng)為1310nm和1550nm時(shí)，輸出光功率可以達(dá)到10mW的QLED。

圖2 量子點(diǎn)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)原理

目前，已經(jīng)研制出了外量子效率大于20%的帶有諧振腔的QLED。對(duì)于那些沒(méi)有諧振腔的QLED，可以通過(guò)在發(fā)光二極管表面引入一個(gè)薄的有源層來(lái)提高外量子效率。這樣的器件稱為表面織結(jié)薄膜發(fā)光二極管，在這種組織結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過(guò)全內(nèi)反射的光信號(hào)，再通過(guò)織構(gòu)頂面散射，從而改變了光信號(hào)的傳播角度，來(lái)自后反射鏡反射的光信號(hào)可以耦合至發(fā)光二極管的輸出。現(xiàn)在，已經(jīng)研制出了沒(méi)有諧振腔的QLED，其在1Gbps以上的傳輸速度的外量子效率可以達(dá)到29%。如果在光器件的頂部再配置光學(xué)透鏡，可以使光器件的量子效率提高到40%。

過(guò)去十多年來(lái)，研究人員一直在研究量子點(diǎn)顯示器。過(guò)去是把量子點(diǎn)噴在基底材料表面作涂層，類似于噴墨打印。這種技術(shù)要把量子點(diǎn)溶解在有機(jī)溶劑中，會(huì)污染顯示器，降低色彩亮度和能效。為克服這一缺點(diǎn)，研究人員找到一種壓印的方法，用有圖案的硅片造出一種“墨水印章”，然后用“印章”來(lái)選取大小合適的量子點(diǎn)，不需要溶劑就可將它們壓在薄膜基片上，平均每平方厘米約分布3萬(wàn)億個(gè)量子點(diǎn)。用這種方法制成的顯示器密度和量子一致性都更高，能產(chǎn)生更明亮的畫面，能效也比以前更高。研究人員指出，新技術(shù)印制量子點(diǎn)顯示器是在柔軟薄膜上，在可卷曲便攜式顯示器、柔軟發(fā)光設(shè)備、光電設(shè)備等領(lǐng)域該技術(shù)都會(huì)有廣泛應(yīng)用。

（2）量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）的優(yōu)勢(shì)。目前，三星公司已在研發(fā)可彎曲的OLED屏幕，但QLED屏幕將比它更薄、更容易卷起。QLED的狹義定義為尺度小于10nm的零維半導(dǎo)體晶體，它的大小只有人類頭發(fā)的l/lOOOOOo科學(xué)家研究出把這種晶體印刷到柔韌有彈性的的塑料上，可便于攜帶，甚至印刷到更大的薄板上創(chuàng)造出巨型屏幕。由于QLED的體積非常小，因此制造商能自由決定放射波長(zhǎng)，即人眼所見(jiàn)的光的顏色，可在生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)整任何顏色，做出彩色屏幕。當(dāng)前市面上多數(shù)電視是使用由LED作為背光源的LCD屏幕，厚度多為數(shù)毫米。應(yīng)用QLED技術(shù)，則可達(dá)到史上最輕、最薄的境界，影像質(zhì)量也較LCD和OLED屏幕來(lái)得好，并維持得更久。

相比于液晶顯示設(shè)備（LCD），OLED的優(yōu)勢(shì)非常明顯，其更薄更輕，顯示效果也更好，尤其是在能耗方面（能耗僅為L(zhǎng)CD的10%~20%）。但因?yàn)镺LED使用的是有機(jī)材料，顯示設(shè)備的壽命比LCD要短很多，并且技術(shù)成本也很高，當(dāng)屏幕尺寸變大時(shí)，陰罩板容易發(fā)生熱脹冷縮，會(huì)使得色彩等不夠精確。這限制了OLED在大尺寸屏幕上的應(yīng)用。

量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）與OLED相比，具有更大的優(yōu)越性。

•QLED屏比OLED屏更亮、壽命更長(zhǎng)，不使用陰罩，可應(yīng)用于大屏幕。

•QLED屏比OLED屏生產(chǎn)成本低，因?yàn)镼LED屏采用了穩(wěn)定可靠的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，降低了生產(chǎn)成本；在將電子轉(zhuǎn)化為光子方面也優(yōu)于OLED，因此能效更高，制造成本更低。QLED屏生產(chǎn)成本還不到OLED屏的一半，更適用于大規(guī)模市場(chǎng)推廣。

•QLED屏比OLED屏能耗小，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)能夠?qū)ED光源發(fā)出的藍(lán)光完全轉(zhuǎn)化為白光，而不是像OLED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(diǎn)LED燈所需的藍(lán)光更少，在電光轉(zhuǎn)化中需要的電力自然更少，因而更加節(jié)能。在同等畫質(zhì)下，QLED的節(jié)能性有望達(dá)到OLED屏的2倍。

•QLED屏比OLED屏電光轉(zhuǎn)換效率或發(fā)光效率高，發(fā)光率將提升30%~40%。并且，它不存在散熱的問(wèn)題，可用于大面積和家庭照明。同時(shí)OLED可以達(dá)到與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料一樣的穩(wěn)定性、可靠性。

•QLED屏比OLED屏色純度高，OLED的純色需用彩色過(guò)濾器才能產(chǎn)生，而QLED從一開(kāi)始就能產(chǎn)生各種不同純色，其顏色純度是現(xiàn)有產(chǎn)品的2倍，光線非常柔和，色彩更豐富。

•OLED在封裝過(guò)程中要求條件很高，QLED則受條件限制較少。

不過(guò)，QLED的發(fā)展也面臨著兩個(gè)挑戰(zhàn)：其一是壽命短，最好的QLED壽命僅為1萬(wàn)小時(shí)，這對(duì)大尺寸顯示屏來(lái)說(shuō)還不夠；其二是需要確保色彩能始終如一地再現(xiàn)。目前，已經(jīng)在這兩方面取得了很大進(jìn)步，QLED即將開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)。

（3）QLED電視與4K超高清液晶電視畫質(zhì)比較。下面我們?cè)倬唧w看一下量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)所顯示的畫質(zhì)情況。與其對(duì)比的是一臺(tái)高端4K超高清液晶電視（基于WLED背光技術(shù)）對(duì)多個(gè)場(chǎng)景的對(duì)比效果。

QLED屏與4K超高清液晶電視屏對(duì)同一野外場(chǎng)景的顯示比較，如圖3所示。

圖3 QLED屏與4K超高清液晶電視屏對(duì)同一野外場(chǎng)景的顯示比較

QLED屏與4K超高清液晶電視屏對(duì)同一人像的顯示比較，如圖4所示。

圖4 QLED屏與4K超高清液晶電視屏對(duì)同一人像的顯示比較

由圖3和圖4可見(jiàn)，盡管實(shí)拍對(duì)比圖已經(jīng)"縮小”兩種顯示技術(shù)的畫質(zhì)差異，但量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)方面無(wú)懸念地壓制傳統(tǒng)4K超高清液晶電視，無(wú)論是畫面的透亮程度、色彩純度、暗部細(xì)節(jié)等，量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)的確在畫質(zhì)表現(xiàn)上令人感到驚訝。事實(shí)證明，上述我們對(duì)量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)的技術(shù)解析，并非言過(guò)其實(shí)。

雖然，QLED量子屏技術(shù)處于初期階段，依舊有技術(shù)改善的空間，但該技術(shù)具有非常好的市場(chǎng)前景。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，QLED必將開(kāi)始展現(xiàn)巨大的商業(yè)價(jià)值。