1.前言

　　在顯示領域最大規(guī)模的學會“SID 2016”（5月22日～5月27日，美國舊金山）的展會場，LG顯示器公司重點展示了有機EL電視，而三星顯示器公司則重點展示了VA模式的液晶電視。本文將介紹色彩表現(xiàn)范圍不如有機EL電視的液晶電視的對策，以及采用量子點的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍改善情況。

　　2.什么是量子點？

　　量子點（Quantum Dot，QD）是為了將電子封閉在微小的空間中而形成的直徑數(shù)納米至數(shù)十納米的半導體晶體。向尺寸與波長基本相同的空間中注入電子后，這些電子無法再向三維的任何方向自由移動，因此能獲得特定的能量狀態(tài)。通過改變量子點的尺寸，這種能量狀態(tài)在某種程度上可自由變化，因此能制作體現(xiàn)新功能的材料。離散的能量狀態(tài)看起來就像是原子的能級，所以還被稱為人工原子。

　　量子點有通過晶體生長形成的，也有通過溶液工藝形成的。后者的量子點叫做膠體量子點。這種量子點的特點包括：（1）可在室溫和通常大氣壓下通過溶液工藝制作元件、（2）能通過材料和粒徑控制吸收波長、（3）能夠有效利用激發(fā)能量，等等。

　　如圖1所示，直徑1nm～10nm的量子點擁有核殼結(jié)構，通過紫外光（例如365nm）激發(fā)，粒子越小發(fā)出的光的波長越短，粒子越大則發(fā)光波長越長。代表性核材料是CdSe。最近，作為不含鎘（Cd）的低毒性材料，還在研發(fā)InP等III-V族半導體和硅（Si）等。殼材料一般多使用ZnS。作為LED背照燈單元（BLU）的替代技術，采用量子點的白色光的高亮度和優(yōu)異的色彩表現(xiàn)性受到關注。

　　3.基于量子點的TFT液晶面板色彩表現(xiàn)范圍改善情況

　　2015年，歐盟委員會批準從《關于在電氣電子產(chǎn)品中限制使用特定有害物質(zhì)的EU指令（RoHS 2）》中除去量子點材料。并表示，這個決定對“采用量子點的色彩轉(zhuǎn)換LED的能源效率和色彩表現(xiàn)有相當大的好處。量子點已被用于顯示器，今后應該還會用于照明用途。顯示器采用量子點在節(jié)能特性方面對環(huán)境整體有良好的影響”。另外還指出，“對于以用于顯示器和照明為目的、采用Cd的波長轉(zhuǎn)換用半導體納米晶體量子點，Cd的使用應該在2018年6月30日解禁”。

　　不過，SID 2016的展會上出現(xiàn)了不使用Cd的量子點展示。而且，在此次展會上，量子點陣營為對抗有機EL而發(fā)動攻勢的展示也比較多。下面來看一下展區(qū)內(nèi)的演示情況。

　　3.1 Nanosys

　　美國Nanosys公司的量子點“Hyperion”用于TFT液晶面板時，如圖2所示，將彩色濾光片對白色LED（YAG）光源的透射率視為1時，量子點增至1.4倍。順便一提，RG熒光材料為1.1倍。如圖3所示，采用Hyperion量子點的TFT液晶面板的色彩表現(xiàn)范圍能覆蓋BT.2020規(guī)格的90％以上。這種情況下的亮度為400cd/m2。

　　Nanosys的量子點“Hyperion”的特性（1）

　　Nanosys的量子點“Hyperion”的特性（2）

　　量子點薄膜的種類和BT.2020規(guī)格的覆蓋率如表1所示，CdSe與InP的混合型可覆蓋94.1％。不過無法100％覆蓋。因此，要想符合該規(guī)格，就要像在2015年12月的學會“IDW 2015”的報告中所說的一樣，必須采用以半導體激光為光源的BLU。

　　表1：量子點薄膜的種類和BT.2020的覆蓋率

　　如圖4所示，LG顯示器的“WOLED結(jié)構”（白色OLED與彩色濾光片的結(jié)構）有機EL面板的亮度為500cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為89％（DCI-P3）。存在燒機（Burn-in)的課題。而BLU采用無Cd量子點的TFT液晶面板的亮度為1200cd/m2，色彩表現(xiàn)范圍為90％（PCI-P3），強調(diào)了可靠性出色的特點。

　　LG的WOLED（左）和采用無Cd量子點的TFT液晶（右）的色彩表現(xiàn)范圍與亮度的比較

　　3.2 QD Vision

　　如圖5所示，美國QD Vision比較了有機EL顯示器（圖5左上）、采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器（圖5左下）、采用CdSe量子點的液晶顯示器（圖5右上）以及采用InP量子點的液晶顯示器（圖5右下）的色彩表現(xiàn)范圍（NTSC比％）、亮度（cd/m2）、成本（美元）。圖6為各自的耗電量。通過比較明確了以下兩點。

　　QD Vision展區(qū)各類顯示器的比較展示

　　QD Vision展區(qū)各類顯示器的耗電量比較展示

　?。?）采用量子點的液晶顯示器與采用傳統(tǒng)白色LED背照燈的液晶顯示器相比，色彩表現(xiàn)范圍擴大50％，成本僅增加10％。不過，是以QD Vision的量子點“Color IQ”為基礎。

　?。?）采用“Color IQ”的液晶顯示器與有機EL顯示器相比，耗電量降低50％以上。與其他大色彩表現(xiàn)范圍技術相比，耗電量也可削減25％以上。

　　不過，無Cd的InP量子點薄膜的價格高達1759美元。