2018/06/20
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为什么选择量子点？从LED显示与照明说起
白光LED已经在人们生活中得到了广泛应用，蓝光LED与下转换荧光材料结合的白色光源，这种光谱可调控的白光解决方案已经应用在了诸多消费级产品当中，无论从液晶显示面板的背光源到LED照明灯泡。随着市场需求的提升以及技术革新，LED白光光源已经从最初的追求满足高效率，高亮度转变为可控光以及更高的颜色品质。我们针对下转换荧光材料，介绍一些有关LED显示与照明的新技术方向。了解我们为什么要使用量子点作为下一代光转换材料应用在LED显示与照明中。
高品质照明
传统的LED照明一般是蓝光LED结合YAG荧光粉组成的白光，具有高光效、低成本等优点。但其光谱与人们习惯的太阳光来讲还有一定差距，提升显色指数的方向主要是通过添加多种下转换荧光材料，如多种颜色宽谱荧光粉，使得LED白光光谱更接近全光谱范围。但有人却反其道行之，尝试使用窄半峰宽的多色激光组合作为白光光源，来检验是否能被人们所接受。
来自美国能源部桑迪亚国家实验室（SNL）的研究人员J．Y． Tsao用蓝、绿、黄、红四种颜色的激光组合成白色光源。
图：四色激光白光照明原理图
该团队很好奇，二极管激光器的白光是否会影响人眼，而不像LED产生的白光。 为了检验这个问题，研究人员在新墨西哥大学高科技材料中心开展了一系列测试。通过四色激光与白炽灯做对比，通过四十名志愿者的盲选测试，在志愿者对于光源的选择上没有显著的偏好，这意味着激光作为白光光源与传统白炽灯所具有的高显色指数对于人们作为照明使用者来说差别不明显。该研究结果对于我们使用窄峰宽光谱组合作为白光光源是非常有借鉴价值的。
宽色域显示
基于LED背光的液晶显示技术目前是电视与手机市场的主流，LED作为白色光源，需要经过多种处理形成RGB像素点来产生可被人感知的图像。
图：液晶电视拆解原理图
不同颜色的像素点主要通过背光光源结合滤光片实现，这里先不展开讲，我们有机会再详细介绍。传统荧光粉具有较宽的半峰宽，在经过滤光片后会被吸收其多余光谱的能量，这不仅造成了效率的下降，其透过滤光片的光谱的半峰宽也较宽，色域覆盖面积不够光。如下图所示，如果我们拥有较窄的半峰宽光谱如24nm的红、绿、蓝色光，那么他们的大部分光谱可直接通过滤光片，其色域可大幅超过NTSC的标准。
图：量子点与不同半峰宽色域面积
说到这里也许有人已经发现，围绕高品质照明与宽色域显示，都提到了一个重要的参数，就是窄的半峰宽光谱。量子点（Quantum Dots）材料的粒径一般介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成分立能级结构，因此发光光谱非常窄（20－30nm），色度纯高，色域广，可大幅超过NTSC的色域范围（＞100％）；同时通过彩色滤光片光吸收损耗小，可实现低功耗显示。由于量子限域效应，同一种材料只需要变化量子点颗粒尺寸即可实现整个可见光谱区的覆盖。可以将多种不同尺寸的量子点按照一定比例混合，实现类似于太阳光的自然光色，得到较高的显色指数。量子点正是由于具有以上特性，被学术与产业技术研究人员关注。
关于纳米晶荧光材料有非常广泛的应用方向，在光致发光领域，有哪些材料在现有应用中大放异彩，未来的趋势有哪些材料会站上风？请关注后续文章。
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