量子點技術已經在液晶顯示產業(yè)中開發(fā)應用了十年的時間，其應用形式經過了數次變遷。尤其是近幾年，量子點擴散板，QD-OLED技術的應用，豐富了量子點技術應用的多樣性，使得量子點技術的進步成為推動顯示產業(yè)進步的重要驅動力。除了常規(guī)的利用量子點技術提升色域覆蓋率外，人們發(fā)現(xiàn)在護眼，節(jié)能等方面量子點技術對于液晶顯示技術也有重大的意義。

近日，TCL電子研發(fā)中心總經理方慶團隊在《液晶與顯示》（ESCI、Scopus，中文核心期刊）2023年第3期“量子點液晶顯示應用技術”專欄發(fā)表了題為“量子點液晶發(fā)展趨勢與展望”的綜述文章。TCL是國際量子點技術應用的先驅者，2012年在國內第一次應用量子點管的顯示技術，2018年全球首推鈣鈦礦量子點電視樣機，2021年更是全球首家應用量子點擴散板技術的終端企業(yè)。圍繞量子點技術在顯示領域的應用，文章闡述了量子點材料的發(fā)展歷程，以及其在液晶顯示領域的應用進展，還對未來量子點技術的發(fā)展趨勢以及在液晶顯示發(fā)展方向進行了預測，對量子點顯示產業(yè)的發(fā)展具有重要指導意義。

▎顯示領域的量子點材料

最早應用于顯示技術的量子點主要為核殼結構的硒化鎘量子點，然而由于鎘的生物毒性，從未來量子點材料技術的發(fā)展趨勢來看，低鎘化和無鎘化將成為所有終端產品的選擇。低鎘量子點技術，目前行業(yè)內有兩種實現(xiàn)的方案，第一種是以Nanosys推出的CdSe+InP量子點混合方案。第二種是行業(yè)內的主流技術，使用高發(fā)光效率的CdSe量子點材料，結合量子點合成技術工藝，在保證規(guī)定亮度與色域的同時，降低了產品中CdSe量子點的含量，實現(xiàn)了量子點器件Cd含量小于100 ppm。

無鎘化的量子點技術，代表材料包括InP、鈣鈦礦等。近十年，國內首創(chuàng)的鈣鈦礦量子點體系發(fā)展迅速，鈣鈦礦量子點具有窄發(fā)光半峰寬、高量子效率、可溶液法制備等特點；我國在鈣鈦礦領域的研發(fā)一直處于領先地位，在國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性先進電子材料重點專項“量子點背光關鍵技術開發(fā)及應用示范”的支持下，TCL電子聯(lián)合北京理工大學/致晶科技公司、合肥樂凱等單位合作，2018年開發(fā)了全球首臺搭載鈣鈦礦量子點的樣機，并在同年的CES和SID會議展示，并在2019年將鈣鈦礦量子點膜片首次用于工程機應用。與傳統(tǒng)的CdSe、InP等量子點材料相比，鈣鈦礦量子點的原位制備技術是規(guī)模化制備高質量量子點的關鍵，為我國在量子點顯示技術的發(fā)展提供了彎道超車的機會。

表1：量子點材料性能參數表（表源：TCL內部報告）

▎量子點顯示技術發(fā)展歷程

量子點與液晶顯示技術的結合可以追溯到2012年，從最先采用的是量子點管的技術，到2015年推出的量子點膜片的技術方案，量子點技術的應用場景大幅增加，無論是側入式，直下式，曲面顯示等產品形態(tài)均可以使用，以面轉換為基礎的量子點膜片成為市場的主流技術。

圖1：量子點顯示系統(tǒng)
圖源：TCL內部報告

自2016年開始，TCL電子與創(chuàng)億達有限公司合作開發(fā)了量子點擴散板，其原理是將量子點膜片與擴散板整合，開發(fā)出具有三層擠出結構的量子點擴散板。量子點擴散板通過量子點材料的合成優(yōu)化技術和自包裹技術，解決材料因水氧的氧化導致缺陷增加的問題，極大的提升了量子點材料的穩(wěn)定性。

圖2：量子點擴散板結構圖
圖源：TCL內部報告

除了量子點擴散板，韓國三星公司報道了基于QDCF技術的QD-OLED技術，該技術使用藍光OLED作為背光源，實現(xiàn)像素級控光，在此基礎上，將原來LCD中紅綠子像素的色阻材料替換成光致發(fā)光量子點材料，從而實現(xiàn)了像素級控光與量子點技術的結合。

圖3：QD-OLED結構圖
圖源：TCL內部報告

▎量子點顯示技術的優(yōu)勢

色域的提升是顯示技術迭代考慮的首要因素，隨著量子點技術的應用，液晶電視的色域從原來NTSC 72%已經提高到目前DCI-P3 95%以上，目前已經量產的QD-OLED產品色域已經高達BT2020 90%，可以說量子點技術使液晶電視的色域實現(xiàn)了質的飛躍。量子點色純度的提升除了進一步提高了顯示器的色域，還可以顯著提升顯示的感知亮度。

圖4：高色域技術發(fā)展趨勢
圖源：TCL內部報告

圖5：量子點色域圖
圖源：TCL內部報告

2021年，TCL與北京理工大學合作，展開了關于量子點背光液晶顯示技術的H-K效應的研究，通過結合Kaiser理論模型、Nayatani理論模型與測試結果，證實了在電視終端正常顯示的亮度范圍之內，量子點電視比傳統(tǒng)LCD電視有著更加顯著的H-K效應，并且量子點電視更受實驗觀看者的青睞。 

圖6：高色域量子點電視清晰度效果圖
圖源：TCL內部報告

圖7：普通色域電視清晰度效果圖
圖源：TCL內部報告

量子點技術不僅可以提升人眼的感知亮度，還可以有效緩解人眼疲勞。2020年TCL與中國標準化研究院張運紅老師團隊合作，開展了關于視覺疲勞的人因工效學研究，研究結果表明：在同等條件下，量子點電視相較于普通電視可以有效減少人眼的疲勞程度，增加用戶的認知效率和速度。

▎量子點顯示技術的產業(yè)化挑戰(zhàn)

從顯示技術的角度看，目前量子點技術產業(yè)化主要存在以下亟待解決的問題：

（1）量子點擴散板穩(wěn)定性問題：量子點擴散板是液晶背光的核心部件，隨著Mini-LED技術的發(fā)展，以及背光模塊的超薄化設計，量子點擴散板需要承受高溫與高強度藍光，這對量子點擴散板的穩(wěn)定性提出了更高的要求。

（2）背光器件的集成化設計：量子點擴散板除了實現(xiàn)光轉換，還可集成多種光學功能，后續(xù)需要考慮基本量子點擴散板本體材料，增加勻光和聚光功能，實現(xiàn)背光器件的一體化設計。

（3）超高清顯示的功耗與亮度平衡：顯示器背光透過率會隨著顯示器分辨率的提升而降低，在同功率時，由于人眼視覺函數和電光轉換效率的原因，使用量子點技術電視的亮度仍然會比傳統(tǒng)電視低20%，因此，超清量子點顯示器的功耗會比傳統(tǒng)LCD更高。

▎總結

經過了接近十年的快速發(fā)展，量子點技術在各個層面都得到了充分的發(fā)展，而且配套的產業(yè)鏈也越來越成熟，但其中仍然有值得我們關注的熱點。從材料體系看，CdSe和InP的量子點技術趨近成熟，而新型鈣鈦礦量子點方興未艾，有可能在不久的將來引領下一個量子點技術的潮流。從量子點技術的應用形式看，量子點擴散板，QD-OLED等新的應用技術的興起，將會使量子點技術在顯示產品上得到全面的普及，從高端到中端，量子點技術將會在顯示產業(yè)應用中迎來爆發(fā)的十年。

| 論文信息 |

方慶，吳有肇，王峰，許懷書，季洪雷. 量子點液晶顯示技術發(fā)展趨勢與展望[J]. 液晶與顯示, 2023, 38(3):267-275. 

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0395

| 通訊作者簡介 |

季洪雷，TCL電子液晶背光專家，光學膜材料專業(yè)高級工程師。2010年8月加入TCL電子有限公司工作，主要從事顯示新材料應用，健康顯示及人因工效學的相關研究。作為項目負責人完成了科技部戰(zhàn)略性先進電子材料重點專項“量子點背光關鍵技術開發(fā)及應用示范項目”，開發(fā)了全球首款搭載鈣鈦礦量子點和量子點擴散板的量子點電視。先后獲得福建省科學技術進步二等獎、廣東省科學技術進步三等獎、中國有色金屬協(xié)會科學技術進步一等獎、廣東省電子信息行業(yè)科學技術進步一等獎、粵港澳大灣區(qū)專利高價值專利大賽金獎等技術獎勵。近年來在 Optical Materials Express、《中國光學》等刊物上發(fā)表論文17篇，申請專利52項，其中第一發(fā)明人10項。兼任國際電工（IEC）標準委員會TC110組專家、SID北京分會技術委員、全國納米標準委員會技術委員，參與主導制訂國際標準2項，團體標準4項。

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