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顯示技術(shù)是技術(shù)發(fā)展史上的一個重要分支,它既是科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物同時也不斷的反哺著科學(xué)的進步。經(jīng)過多年發(fā)展,顯示技術(shù)已經(jīng)有了極大的提升,包括廣為人知的CRT顯示技術(shù)、等離子顯示技術(shù)以及LCD顯示技術(shù)等等,其中等離子顯示技術(shù)和LCD顯示技術(shù)均可歸類為FPD(平板顯示器)。
從目前市場占有率而言,F(xiàn)PD已經(jīng)完全超越了CRT,在我們的生活中隨處可見電腦顯示器、彩電屏幕等設(shè)備均采用了FPD技術(shù),這其實可以理解為一次顯示技術(shù)革命,即FPD技術(shù)取代了CRT技術(shù)。
雖然FPD技術(shù)已經(jīng)成為了目前顯示領(lǐng)域的主流,然而就FPD本身而言,它所包含的顯示技術(shù)也并非平衡發(fā)展的,其中的LCD技術(shù)要遠超等離子技術(shù)。相較而言,LCD顯示屏具有低電壓、低功耗、可靠性高、成本低廉的特點,并且可直接與CMOS集成電路匹配。
不過,雖然LCD顯示技術(shù)擁有眾多優(yōu)點,但也并非完美無缺。一個非常關(guān)鍵的短板就是其色域范圍低,也就是所能呈現(xiàn)的色彩范圍非常有限,普通LCD顯示屏的色域一般只有72% NTSC水平。這在如今要求日益提升的科研和生活領(lǐng)域來說顯然是不夠的。
為了解決這一問題,量子點技術(shù)應(yīng)運而生。先來科普一下,什么是量子點(Quantum Dots)?量子點是一種人造的半導(dǎo)體納米材料,每當(dāng)受到光的刺激,量子點便會發(fā)出非常純凈的有色光線,使用量子點材料的背光源是目前色彩最純凈的背光源,簡而言之,它是一種能發(fā)射純色光的工程納米材料,將為顯示器帶來更豐富的超凡色彩。
量子點作為一種具有獨特光特性的全新納米材料,可精確高效地將高能量藍光轉(zhuǎn)換為紅色和綠色光,量子點可以在LCD顯示屏的LED背光上形成一層薄膜,用藍色LED照射就能發(fā)出全光譜的光,通過對背光進行精細調(diào)節(jié),可以大幅提升色域表現(xiàn),讓色彩更加鮮明。
量子點顯示技術(shù)在色域覆蓋率、色彩控制精確性、紅綠藍色彩純凈度等各個維度已全面升級,被視為全球顯示技術(shù)的制高點,也被視為影響全球的顯示技術(shù)革命。相比傳統(tǒng)LCD顯示器,量子點顯示屏的色域可以達到110%以上。
據(jù)了解,量子點技術(shù)可使LCD電視的色彩性能提升50%,實現(xiàn)LCD電視110%以上的NTSC色域覆蓋。與此同時,耗能比OLED低25%。
目前,包括海信、TCL、康佳、長虹、飛利浦、三星、PPTV、國美、風(fēng)行、華為、Oneplus等在內(nèi)的眾多廠商,已經(jīng)開始應(yīng)用量子點技術(shù)。
Touch顯示器研究公司首席執(zhí)行官Jennifer Colegrove博士預(yù)測,到2025年,60%的電視機將有量子點,同時51%的顯示器將應(yīng)用量子點技術(shù)。
今天的量子點通常由兩種化合物制成:硒化鎘(CdSe)和磷化銦(InP),美國癌癥學(xué)會和3家聯(lián)邦政府機構(gòu)的調(diào)查顯示,磷化銦具有高致癌性,白鼠實驗表明它會引發(fā)“相當(dāng)高”的肺癌發(fā)病率。
為什么有毒物質(zhì)“鎘”可以用在量子點技術(shù)中,而且更為安全?研究表明,鎘作為一種高熔點無揮發(fā)的金屬,常溫下性能穩(wěn)定。元素鎘雖有毒,但用于量子點的化合物硒化鎘并沒有毒,制成顯示設(shè)備后也不會造成健康問題。REACH歐盟認證對硒化鎘進行評估,同樣認為不應(yīng)將硒化鎘歸類為“健康風(fēng)險類化學(xué)品”。
首先,量子點可將有毒元素鎘轉(zhuǎn)換為安全和環(huán)保的硒化鎘。每年全球公布的鎘元素產(chǎn)量為30000噸,制作量子點設(shè)備可將環(huán)境中的鎘元素轉(zhuǎn)化為無毒的鎘化合物,減少環(huán)境污染。其次,硒化鎘一旦形成便很難分解成單獨的鎘和硒,因此硒化鎘不具備生物可利用性,而且它與鎘不同,不會在體內(nèi)蓄積。最后,顯示屏中使用的硒化鎘含量非常低,一般的硒化鎘顯示屏僅含有不到10毫克鎘。
在實際應(yīng)用中,硒化鎘量子點存在于半導(dǎo)體殼內(nèi),然后密封在聚合物基質(zhì)中,封裝在電視機內(nèi)或顯示屏背光單元內(nèi)的玻璃管(或“量子點光纖”)中。在QD Vision的實驗中,根據(jù)模擬有毒化學(xué)物質(zhì)浸出(來自可能被處置不當(dāng)?shù)碾娨?的毒性特性溶出協(xié)議,量子點光學(xué)器件在測試過程中未檢測到鎘元素。因此一定程度上而言硒化鎘基量子點技術(shù)顯示設(shè)備并不具有健康隱患。
雖然這一結(jié)論已經(jīng)經(jīng)過了實驗驗證,然而在實際生活中,依據(jù)歐美ROHS標(biāo)準鎘基量子點材料依然被限制使用,不過歐美ROHS標(biāo)準中同時也規(guī)定了,在鎘含量低于0.2g/平方米時存在豁免情況,而量子點技術(shù)的光學(xué)部件正是在豁免名單之列。
相關(guān)評估認為,一臺量子點電視機在整個生命周期中所節(jié)省的能源可顯著減少釋放于環(huán)境中的鎘含量。500臺量子點電視機的鎘含量比一顆AA(5號) NiCad電池的鎘含量還要少。
如今的工作和生活中,我們對于顯示設(shè)備的要求正在變得越來越高,無論是超精細的醫(yī)療診斷、高品質(zhì)的工業(yè)建模、優(yōu)秀的創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計還是更逼真娛樂視聽體驗,都需要更加出色的顯示設(shè)備的支持,如今的主流顯示技術(shù)已經(jīng)并不能很好的滿足這些需求。
國際電訊聯(lián)盟(ITU)在2012年發(fā)布了一項代號為Rec.2020的全新規(guī)范,這是一項有關(guān)播放和顯示的規(guī)范,是新超高UHD藍光規(guī)范的基礎(chǔ),它的色域要求是目前一般標(biāo)準的兩倍。包括英特爾、Netflix、夏普、3M、谷歌、索尼和佳能等公司相繼宣布將采用這一標(biāo)準。而這一標(biāo)準現(xiàn)有的主流顯示技術(shù)卻無一能夠達到,可預(yù)見的唯一可行的解決方案就是發(fā)展量子點顯示技術(shù)。