理解量子点（Quantum Dots）

本文将深入研究量子点工作原理，是什么让它们独一无二，以及量子点如何为显示设备提供卓越的图像质量。

纳米级的超级英雄

量子点（quantum dot，缩写 QD）是一个科学术语，广泛用于消费级电子产品行业各处，指的是一种已悄然在显示设备行业扮演重要角色的新技术。

业内对其极有兴趣的原因很简单：量子点能提供卓越的图像质量。

理解量子点

所谓的量子点是一种非常小的半导体颗粒——直径只有2至10纳米。由于其体积很小，量子点具有独特的光学和电学性质。而量子点最令人激动的特性之一是其大小和色彩之间的关系。其大小和形状可在制造过程中精确控制，所以这种纳米技术很“容易”成比例改变规模能很好地投入各种显示应用。

量子点产生色彩的主要方式有两种。第一种是，当某种特定波长的能量被注入一个量子点中（以光子的形式）。这一过程被称为“光致发光”（photoluminescence，缩写 PL）。此时量子点被激活，发出精确的窄光谱光。第二种是，当电能以电子的形式注入，即所谓的“电致发光”（electroluminescence，缩写 EL），从电极和相应的量子点产生的“空穴”（hole）会发出明确的彩色光。

量子点如何工作？

首先，让我们看看这些现象背后的物理学原理，以更好地理解为什么量子点能够发光，以及为什么光的波长（决定特定色彩）取决于量子点本身的大小。

当量子点中的电子被激发时，就会产生光致发光。在光的影响下，被激发的电子将“跳”到一个更高的能带。接着会伴随弛豫过程，在这个过程中，光子回落到一个较低的状态，然后在能带内重新组合和重新辐射。

研究人员所说的能隙（价带最高点和相应传导带最低点的能级差）决定了发射光的波长。

什么让量子点独一无二？

量子点独特的可控特性可以用两种纳米级现象来解释：限制效应，以及由于这些彩色粒子电子态的离散性质，这些点可被量子化。

量子限制

量子限制效应描述了电子的能级和电子能带间隙。当晶体的尺寸小到无法与其波长相比时，量子限制效应便可被观察到。在这类情形下，电子的限制程度和出现的空穴大小取决于材料的性质——尤其是玻尔半径。因此，量子点的性质与尺寸有关，且它们的激发被限制在三个空间维度内。

限制能量的释放是量子点的关键性质，它解释了量子点的大小与其发射光的频率之间的正相关关系。

电子态的离散性（量子化）

与块体半导体不同（块体半导体在能带内具有连续能级），量子限制效应产生了一个巨大能隙，带有可观察到的离散能级。而由于这个量子化的能隙，量子点可以发射一种非常稳定的光波长，其可通过改变量子点的大小（或者换句话说，改变能级）来进行微调。

量子点显示设备

由于量子点优异的光学性能，该技术很好地应用于显示设备的设计和制造中。

那么，让我们把量子物理学联系回显示设备中的量子点，看看为什么球形量子点已能够高效运作——因为它们的高表面积和体积之间的精确比率。

由于这种现象，量子点可用相同材料发出范围广泛的彩色光，因为其大小可以改变。更重要的是，由于纳米晶体大小是高度可控的，量子点可在制造过程中得到微调，以发出鲜艳图像中所需的彩色光。

QD-OLED

利用量子点的能量：从显示引入 QD-OLED

虽然今天的显示设备无法显示出人们可见的所有色彩，先进的显示技术现已能够实现 BT.2020 色彩等级。因此，BT.2020 标准已经成为测量显示设备性能极其重要的标准。量子点有机发光二极管（QD-OLED）是业界领先的产生蓝光的量子点自发光显示技术，其由量子点提供最广的BT.2020覆盖——90.3%（TV- 电视），80.7%（MNT- 监视器）。

量子点窄带发光如何产生更好的色彩？

生成显示设备三原色的另一个要点是尽量减少混色的问题。比方说，如果测量一款显示设备的红光，你会看到许多相邻的色彩波长。

幸运的是，在 QD-OLED 和其他显示设备之间有一个重要而清晰的区别—— QD-OLED 可以产生非常理想的业内领先的窄带波长。

与其他显示设备相比，QD-OLED 可以产生最细的三原色波长，并且可以显著减少不必要的波长混合。其秘密在于量子点本身的高效程度。

结论

本文介绍了量子点技术的基本功能和原理，以及如何将其应用于当今的显示设备。随着科技在显示设备应用领域的不断发展，在应用量子点和改进其结构方面还会出现进一步的挑战。不过，若过去取得的成功能说明什么的话，QD-OLED 技术很可能会随着时间推移进一步优化。

出处：SAMSUNG DISPLAY

编译：Charlie | 盖雅翻译小组

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