顯示技術(shù)的下一站，量子點如何開啟行業(yè)新紀(jì)元？

近日，由浙江大學(xué)葉志鎮(zhèn)院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊再次在量子點技術(shù)上取得突破，解決了鈣鈦礦氯缺陷控制科學(xué)難題，并創(chuàng)造了460-480 nm顯示用藍(lán)光LED效率的國際紀(jì)錄。這項研究成果吸引了海內(nèi)外大量的關(guān)注，為中國在量子點領(lǐng)域再添一座豐碑。

作為被寄予厚望的新一代顯示技術(shù)，量子點技術(shù)近年來已經(jīng)成為中日韓等國的角力焦點，為了研發(fā)出更先進(jìn)的量子點技術(shù)，各國都在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的投資。從2014年TCL發(fā)布國內(nèi)第一款量子點電視，到2024年取得全新突破，短短10年時間里中國在量子點技術(shù)上已經(jīng)取得了大量成果，站在量子點領(lǐng)域前沿。

從電視到顯示器，量子點技術(shù)正在被應(yīng)用到越來越多的顯示領(lǐng)域，成為高端顯示領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。不熟悉顯示市場的讀者，或許會感到疑惑：量子點技術(shù)有什么用？國內(nèi)在量子點技術(shù)方面都有哪些成果與突破？

量子點的光影魔法

想要回答這些問題，首先要從顯示技術(shù)的發(fā)展說起。在進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，顯示技術(shù)也進(jìn)入快車道，LCD顯示屏雖然仍然是市場的主流，但是卻有著不少的缺陷，比如色彩表現(xiàn)不佳、長時間使用后畫質(zhì)下降明顯、對比度和亮度一般等問題。

為了解決這些問題，TCL、索尼等企業(yè)嘗試著將量子點技術(shù)應(yīng)用到顯示屏的生產(chǎn)中。作為一種無機(jī)納米半導(dǎo)體晶體，量子點擁有許多宏觀晶體所不具備的特性，比如在光學(xué)材料非常重要的激發(fā)譜與發(fā)射譜性質(zhì)上，量子點就有著寬激發(fā)譜和窄發(fā)射譜兩種顯著特性。

如何理解這個特性？首先我們需要知道，光之所以有著不同的顏色，是因為其有著不同的「波長」，比如當(dāng)光的波長在450納米到495納米之間時，這道光在我們眼中就會呈現(xiàn)出藍(lán)色，而當(dāng)光的波長達(dá)到620-700納米時，則會變成紅色。光源在激發(fā)后，激發(fā)能量就會轉(zhuǎn)變成不同波長的光，然后開始向外傳遞。

作為一種光學(xué)晶體，量子點的寬激發(fā)譜特性使其可以吸收多種不同波長的光子，進(jìn)而達(dá)到更高的激發(fā)能級，也就是有著更多的能量來進(jìn)行轉(zhuǎn)化輸出。與此同時，因為其窄發(fā)射譜的特性，量子點轉(zhuǎn)化出來的光會高度集中在特定的波長，體現(xiàn)到宏觀層面的效果就是量子點激發(fā)的光顏色有著極高的色彩純度。

與之對比，傳統(tǒng)LCD電視受限于激發(fā)原理，在顯示面板的不同區(qū)域會因為光學(xué)材料的厚度、激發(fā)效率、老化等問題，顯著影響色純度（指單一顏色在屏幕上顯示的純凈度和一致性）。雖然可以通過使用多層光學(xué)濾光片等方式調(diào)節(jié)和增強(qiáng)色彩純度，但是這種做法費時費力成本極高，導(dǎo)致高色純度的傳統(tǒng)LCD電視售價十分高昂，而且同樣無法解決濾光片因為角度、材料質(zhì)量等因素所導(dǎo)致的偏色問題。

這個對傳統(tǒng)LCD電視來說難以解決的痛點，在量子點領(lǐng)域卻不是什么大問題，利用半導(dǎo)體技術(shù)批量制造的量子點有著更高的均勻性，解決傳統(tǒng)光學(xué)材料因為激發(fā)效率等原因?qū)е碌纳什灰恢聠栴}。得益于量子點先天上的色純度優(yōu)勢，量子點電視可以大幅度減少對光學(xué)濾光片的依賴，降低成本并減少因復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)所衍生的其他問題。

比如最新一代的量子點Pro 2024技術(shù)，色域值已經(jīng)達(dá)到157%（BT.709），意味著可以顯示的色彩是BT.709標(biāo)準(zhǔn)的1.57倍，能夠呈現(xiàn)更豐富的色彩層次與細(xì)節(jié)。這里就是利用量子點的窄發(fā)射譜特性，通過對發(fā)射波長的調(diào)整，生成理想的紅、綠、藍(lán)三原色，從而實現(xiàn)大范圍的色彩覆蓋。

此外，其全屏色純度也高達(dá)95%，這個參數(shù)在如今大尺寸電視成為主流的時代重要性凸顯，全屏色純度倘若太低，在實際觀看時就會出現(xiàn)左上角與右上角的紅色有著明顯的過渡區(qū)別，十分影響觀看體驗。

在極高色域值和超高全屏色純度兩個優(yōu)勢的加持下，量子點電視在色彩表現(xiàn)上遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電視，而且，量子點技術(shù)相較于傳統(tǒng)光學(xué)材料，在色彩壽命上有著顯著優(yōu)勢，傳統(tǒng)光學(xué)材料如熒光粉受溫度、濕度、使用強(qiáng)度等因素影響，色彩表現(xiàn)會逐漸衰減。

而量子點材料則可以長時間保持穩(wěn)定狀態(tài)，并在壽命期限里一直保持高色彩表現(xiàn)，如今的前沿量子點材料如TCL的四元量子晶體Pro，其色彩壽命甚至達(dá)到10萬小時，即使24小時不停播放，壽命也超過10年。

更關(guān)鍵的是，量子點材料的應(yīng)用范疇非常廣泛，LCD、OLED和Mini LED等主流顯示面板，都可以利用量子點材料強(qiáng)化色彩表現(xiàn)和背光壽命。出色的特性與廣泛的適用范疇，讓量子點材料成為光學(xué)領(lǐng)域的一項革命性成果，更是有三位科學(xué)家因為在「量子點的發(fā)現(xiàn)和合成」方面所做出的杰出貢獻(xiàn)，在2023年被授予諾貝爾化學(xué)獎。

而早在2016年，浙江大學(xué)化學(xué)系教授彭笑剛就在一次會議上直言：“量子點是人類有史以來發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)秀發(fā)光材料，其特性是有機(jī)類的發(fā)光材料無法比擬的”，并認(rèn)為新一代電致發(fā)光量子技術(shù)最快5年實現(xiàn)量產(chǎn)，屆時將會讓OLED技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

時間一晃眼已經(jīng)過去8年，現(xiàn)如今的量子點技術(shù)已經(jīng)成熟且大范圍量產(chǎn)，即使是兩三千元的入門級電視也能用上量子點材料。與此同時，市場調(diào)研機(jī)構(gòu)DSCC前段時間發(fā)布了2024年Q2的電視市場數(shù)據(jù)，其中Mini LED總出貨量同比增長68%，收入同比增長60%，在出貨量與收入上首次超過OLED。

圖源：DSCC

Mini LED能夠取得如此成績，量子點技術(shù)可以說功不可沒，利用量子點技術(shù)在色彩方面的優(yōu)異表現(xiàn)，配合Mini LED在亮度、對比度上的優(yōu)勢，TCL等品牌成功以更低的成本，實現(xiàn)了媲美OLED技術(shù)的顯示效果，使得Mini LED電視成為各個價位市場的熱銷品類，并且仍在隨著量子點技術(shù)的突破衍生出更多高端產(chǎn)品。

現(xiàn)在的量子點技術(shù)雖然已經(jīng)十分成熟，但是依然有著廣闊的前景，對于下一代量子點技術(shù)的研發(fā)也一直在進(jìn)行中。開頭我們就提到浙江大學(xué)葉志鎮(zhèn)院士的團(tuán)隊取得了新突破，進(jìn)一步解決了藍(lán)光LED性能不足的問題，同時還解決了鈣鈦礦量子點導(dǎo)電與導(dǎo)熱差的難題，大幅度提升紅光LED的亮度與穩(wěn)定性，實現(xiàn)了40萬尼特的最高亮度記錄。

可見，從技術(shù)層面來說，目前的量子點材料仍然有著很大的發(fā)展空間，比如第二代量子點技術(shù)將采用的電致發(fā)光量子點，只需要輸入電力即可激發(fā)對應(yīng)的光顏色，電致發(fā)光量子點材料所具備的自發(fā)光特性使其可以被制作成柔性顯示層，并能夠被應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。

「視界」革命已至

對比傳統(tǒng)材料，量子點的優(yōu)勢如此多，但是為何在前幾年卻并不常見？歸根結(jié)底，還是成本問題。

初代量子點電視主要基于量子點管方案設(shè)計，通過將量子點材料封裝進(jìn)微型玻璃管中，配合LED支架設(shè)計并將量子點玻璃管嵌入藍(lán)光LED的光源里，打造出高純度的背光源。該方案需要將玻璃管精準(zhǔn)排列到背光模組中，并且確保固定過程中玻璃管不會受損，因此良品率一直難以提升，導(dǎo)致量子點技術(shù)難以普及到中低端市場。

為了讓量子點技術(shù)得以普及，TCL在2015年率先提出量子點膜片方案，通過將量子點材料封裝到聚合物薄膜中，不僅顯著提升了量子點材料層的良品率，而且進(jìn)一步提升了光轉(zhuǎn)換效率，并且聚合物膜片相較于玻璃管有著更高的可塑性，使其可以被應(yīng)用到更多種類的產(chǎn)品中，不再僅限于側(cè)入式背光電視等寥寥數(shù)種產(chǎn)品。

不過量子點膜本身仍然有著一定的局限性，所以在2017年，TCL等廠商進(jìn)一步開發(fā)出了量子點擴(kuò)散板技術(shù)，將聚合物薄膜、量子點材料和擴(kuò)散板合而為一。高度集成化的設(shè)計不僅提高了生成效率，而且也進(jìn)一步降低了生成成本，使得量子點技術(shù)開始進(jìn)入中端市場。

近年來，隨著生產(chǎn)技術(shù)的成熟，量子點材料已經(jīng)開始進(jìn)入中低價位市場，特別是在TCL創(chuàng)新性地將Mini LED與量子點技術(shù)結(jié)合，推出QD-Mini LED電視后。利用Mini LED的分區(qū)背光特點與量子點擴(kuò)散板技術(shù)，成功將量子點電視的尺寸、性能進(jìn)一步推高，并且在Mini LED成本進(jìn)一步降低后，讓中低端市場的產(chǎn)品性能對比過去有了質(zhì)的飛躍。

除了將量子點技術(shù)向更低層級的市場普及外，各大電視廠商也一直在探索量子點技術(shù)的上限，比如在更大尺寸的電視上應(yīng)用量子點技術(shù)。但是，隨著電視尺寸的增大，其對量子點膜涂布的控制精度要求也越高，為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，TCL進(jìn)一步研發(fā)出行業(yè)精度最高的量子點涂布技術(shù)，并搭載在2023年發(fā)布全球首款115英寸的QD-Mini LED電視X11G Max，這款擁有5000尼特峰值亮度與20000+分區(qū)的產(chǎn)品，在海內(nèi)外都得到了一致的好評。

早在2012年，TCL就已經(jīng)開始布局量子點領(lǐng)域，并在過去的12年時間里，推動并迭代了多次量子點技術(shù)革新。如今TCL的量子點技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第八代，全面升級的四元量子晶體Pro在均勻性、壽命、色彩覆蓋、色純度等方面都有著明顯提升，讓TCL成為國內(nèi)乃至國際上的量子點技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。

當(dāng)下，TCL等廠商正在努力攻破第二代量子點技術(shù)，也就是電致發(fā)光量子點材料的量產(chǎn)化瓶頸，目前已經(jīng)取得了不少成效。其中，TCL已經(jīng)將紅綠量子點材料的壽命提高到產(chǎn)業(yè)化水平，換言之已經(jīng)具備了大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用的能力。

最后唯一需要攻克的，就是作為三基色之一的藍(lán)光量子材料，在這方面TCL也有所領(lǐng)先，目前已經(jīng)將藍(lán)光的外量子效率提高到量產(chǎn)化水平，意味著藍(lán)光量子點材料已經(jīng)具備了量產(chǎn)化所需的能效標(biāo)準(zhǔn)，并且在長時間使用后仍然具有一定的穩(wěn)定性。

而在葉志鎮(zhèn)院士的團(tuán)隊取得藍(lán)光量子點技術(shù)的突破后，可以預(yù)見藍(lán)光量子點材料的研發(fā)將會進(jìn)一步加快，有望在未來的數(shù)年里實現(xiàn)全面的量產(chǎn)化。屆時，量子點材料將真正成為一項獨立于Mini LED、OLED、LCD等面板技術(shù)之外的新技術(shù)，憑借更長的使用壽命（OLED目前的使用壽命僅在1萬-3萬小時左右）和更優(yōu)秀的色彩、亮度表現(xiàn)，量子點材料的未來前景將變得更加廣闊。

從追趕者到領(lǐng)導(dǎo)者

量子點技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，已經(jīng)徹底改變了電視行業(yè)的技術(shù)版圖，憑借極高的色域值、出色的色彩純度和持久的色彩壽命，解決了傳統(tǒng)顯示技術(shù)在色彩表現(xiàn)、亮度、對比度等方面的諸多局限，也讓量子點材料確立了其在新一代顯示技術(shù)中的核心地位。

在這場技術(shù)革命中，TCL作為全球量子點技術(shù)的先鋒，憑借其持續(xù)的研發(fā)投入和技術(shù)創(chuàng)新，成功地將量子點電視從高端市場普及到中低端市場，甚至創(chuàng)造出多項行業(yè)第一，顯著提升了量子點電視的市場占有率和消費者認(rèn)可度。

從最早的量子點液晶電視到如今的QD-Mini LED電視，再到未來的電致發(fā)光量子點電視，TCL始終站在技術(shù)的最前沿，引領(lǐng)著行業(yè)的每一次進(jìn)步。通過不斷優(yōu)化材料性能、提升制造工藝，TCL不僅在技術(shù)創(chuàng)新上保持領(lǐng)先，更在量子點技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用上樹立了全球標(biāo)桿，展現(xiàn)了中國企業(yè)在高科技領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和競爭實力。

如今，中國在量子點技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，也表明中國企業(yè)有能力在全球顯示市場中占據(jù)重要地位，讓世界看到中國品牌的力量。

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