无镉量子点材料 | 再现超人眼可见色75％的钙钛矿色域提升膜

编译：山海观

来源：PrintedElectronics World

目前的商业显示技术如OLED（有机发光二极管）和QLED（量子点发光二极管）只能显示略高于人眼可见颜色50％的色彩，这限制了显示器颜色再现潜力的发挥。

由新加坡国立大学化学系和太阳能研究所（SERIS）的TAN Zhi Kuang教授领导的研究小组开发了一种色域提升膜，可以使未来的显示能够再现超过人眼可见颜色75％的色彩。这种技术是通过钙钛矿的半导体材料实现的，科学家可以通过改变其化学成分来调节其发光的效率和纯度，进而实现更高效地色域和强度提升。

为了制作这种色域提升膜，研究小组将纳米级钙钛矿材料晶体材料与液态单体（塑料前体）混合，并通过用白光照射使得该混合物发生聚合反应。借助这种方法，该团队能够制造出高效发光的钙钛矿——聚合物复合膜，与传统的钙钛矿纳米晶体膜相比，该色域提升膜具有三倍的发光效率。如此高效的发光性能提升是聚合物复合材料中钙钛矿纳米晶体之间空间分离程度增加的结果，这种空间分离程度的增加降低了发光晶体向缺陷和不发光晶体的能量传递概率。

这种创新使得钙钛矿材料在显示产品中使用时能够以更高的发光效率发光。这种方式制成的色域提升膜同时具有非常好的色域提升表现，与当前显示器中更有限的DCI-P3标准相比，它可以助力电视和桌上电脑等达到更高的Rec.2020标准。Rec.2020标准是国际电信联盟针对下一代超高清电视（UHDTV）推出的标准，其标准色域范围可以通过下图中与现有DCI-P3色域的对比直观看出（见下图）。

上左图为使用原型钙钛矿色域提升膜的颜色纯度提升效果图。当将薄膜放置在背光单元和显示屏之间时，研究人员能看到光谱层面“更纯”的红色和绿色。上右图显示了使用钙钛矿色域提升膜后能够实现的色彩覆盖范围，相比较来看，它更接近Rec.2020，而远超过现有的DCI-P3颜色标准的覆盖范围。

为了理解显示器如何产生一系列颜色，首先要了解人眼是如何分辨出颜色的。因为人眼存在对红色、绿色和蓝色（RGB）敏感的三种类型的锥形细胞，所以我们的眼睛能够感知颜色。这些锥形细胞的不同刺激程度（刺激量）使我们能够看到无数的颜色。例如，红色和绿色锥体的组合刺激将给出黄色的感知。钙钛矿具有出色的色彩性能，因为它能够产生光谱层面更纯的红、绿和蓝光，能以更精确的量刺激我们眼中对三原色敏感的三种锥形细胞。这种对锥形细胞更精确的刺激使得显示器能够再现更多的颜色，以模仿我们的眼睛在现实世界中所感知的颜色。

研究小组成员黄英杰博士说：“还有一个附加优势是钙钛矿材料易于合成，这本身就有助于规模化生产，进而降低显示器的生产成本。钙钛矿材料和前体化学材料的反应与形成纳米晶体的时间通常在10秒量级。”

“钙钛矿材料可以以类似于油漆的溶液形式进行涂布和加工，这潜在地有助于它在大尺寸显示器领域的应用。虽然我们的材料可用于提高电视和移动设备的性能，但我的愿景是将它们应用到墙壁大小的显示器内，进而在我们的生活或工作空间中创建具有丰富自然色彩的虚拟环境”Tan教授补充道。

该研究团队目前正在与显示器公司合作将钙钛矿色域提升膜商业化，并希望在未来两到三年内看到相关产品应用到消费电子产品中。

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