量子點技術已經在液晶顯示產業中開發應用了十年的時間，其應用形式經過了數次變遷。尤其是近幾年，量子點擴散板，QD-OLED技術的應用，豐富了量子點技術應用的多樣性，使得量子點技術的進步成為推動顯示產業進步的重要驅動力。除了常規的利用量子點技術提升色域覆蓋率外，人們發現在護眼，節能等方面量子點技術對于液晶顯示技術也有重大的意義。

近日，TCL電子研發中心總經理方慶團隊在《液晶與顯示》（ESCI、Scopus，中文核心期刊）2023年第3期“量子點液晶顯示應用技術”專欄發表了題為“量子點液晶發展趨勢與展望”的綜述文章。TCL是國際量子點技術應用的先驅者，2012年在國內第一次應用量子點管的顯示技術，2018年全球首推鈣鈦礦量子點電視樣機，2021年更是全球首家應用量子點擴散板技術的終端企業。圍繞量子點技術在顯示領域的應用，文章闡述了量子點材料的發展歷程，以及其在液晶顯示領域的應用進展，還對未來量子點技術的發展趨勢以及在液晶顯示發展方向進行了預測，對量子點顯示產業的發展具有重要指導意義。

▎顯示領域的量子點材料

最早應用于顯示技術的量子點主要為核殼結構的硒化鎘量子點，然而由于鎘的生物毒性，從未來量子點材料技術的發展趨勢來看，低鎘化和無鎘化將成為所有終端產品的選擇。低鎘量子點技術，目前行業內有兩種實現的方案，第一種是以Nanosys推出的CdSe+InP量子點混合方案。第二種是行業內的主流技術，使用高發光效率的CdSe量子點材料，結合量子點合成技術工藝，在保證規定亮度與色域的同時，降低了產品中CdSe量子點的含量，實現了量子點器件Cd含量小于100 ppm。

無鎘化的量子點技術，代表材料包括InP、鈣鈦礦等。近十年，國內首創的鈣鈦礦量子點體系發展迅速，鈣鈦礦量子點具有窄發光半峰寬、高量子效率、可溶液法制備等特點；我國在鈣鈦礦領域的研發一直處于領先地位，在國家重點研發計劃戰略性先進電子材料重點專項“量子點背光關鍵技術開發及應用示范”的支持下，TCL電子聯合北京理工大學/致晶科技公司、合肥樂凱等單位合作，2018年開發了全球首臺搭載鈣鈦礦量子點的樣機，并在同年的CES和SID會議展示，并在2019年將鈣鈦礦量子點膜片首次用于工程機應用。與傳統的CdSe、InP等量子點材料相比，鈣鈦礦量子點的原位制備技術是規模化制備高質量量子點的關鍵，為我國在量子點顯示技術的發展提供了彎道超車的機會。

表1：量子點材料性能參數表（表源：TCL內部報告）

▎量子點顯示技術發展歷程

量子點與液晶顯示技術的結合可以追溯到2012年，從最先采用的是量子點管的技術，到2015年推出的量子點膜片的技術方案，量子點技術的應用場景大幅增加，無論是側入式，直下式，曲面顯示等產品形態均可以使用，以面轉換為基礎的量子點膜片成為市場的主流技術。

圖1：量子點顯示系統
圖源：TCL內部報告

自2016年開始，TCL電子與創億達有限公司合作開發了量子點擴散板，其原理是將量子點膜片與擴散板整合，開發出具有三層擠出結構的量子點擴散板。量子點擴散板通過量子點材料的合成優化技術和自包裹技術，解決材料因水氧的氧化導致缺陷增加的問題，極大的提升了量子點材料的穩定性。

圖2：量子點擴散板結構圖
圖源：TCL內部報告

除了量子點擴散板，韓國三星公司報道了基于QDCF技術的QD-OLED技術，該技術使用藍光OLED作為背光源，實現像素級控光，在此基礎上，將原來LCD中紅綠子像素的色阻材料替換成光致發光量子點材料，從而實現了像素級控光與量子點技術的結合。

圖3：QD-OLED結構圖
圖源：TCL內部報告

▎量子點顯示技術的優勢

色域的提升是顯示技術迭代考慮的首要因素，隨著量子點技術的應用，液晶電視的色域從原來NTSC 72%已經提高到目前DCI-P3 95%以上，目前已經量產的QD-OLED產品色域已經高達BT2020 90%，可以說量子點技術使液晶電視的色域實現了質的飛躍。量子點色純度的提升除了進一步提高了顯示器的色域，還可以顯著提升顯示的感知亮度。

圖4：高色域技術發展趨勢
圖源：TCL內部報告

圖5：量子點色域圖
圖源：TCL內部報告

2021年，TCL與北京理工大學合作，展開了關于量子點背光液晶顯示技術的H-K效應的研究，通過結合Kaiser理論模型、Nayatani理論模型與測試結果，證實了在電視終端正常顯示的亮度范圍之內，量子點電視比傳統LCD電視有著更加顯著的H-K效應，并且量子點電視更受實驗觀看者的青睞。 

圖6：高色域量子點電視清晰度效果圖
圖源：TCL內部報告

圖7：普通色域電視清晰度效果圖
圖源：TCL內部報告

量子點技術不僅可以提升人眼的感知亮度，還可以有效緩解人眼疲勞。2020年TCL與中國標準化研究院張運紅老師團隊合作，開展了關于視覺疲勞的人因工效學研究，研究結果表明：在同等條件下，量子點電視相較于普通電視可以有效減少人眼的疲勞程度，增加用戶的認知效率和速度。

▎量子點顯示技術的產業化挑戰

從顯示技術的角度看，目前量子點技術產業化主要存在以下亟待解決的問題：

（1）量子點擴散板穩定性問題：量子點擴散板是液晶背光的核心部件，隨著Mini-LED技術的發展，以及背光模塊的超薄化設計，量子點擴散板需要承受高溫與高強度藍光，這對量子點擴散板的穩定性提出了更高的要求。

（2）背光器件的集成化設計：量子點擴散板除了實現光轉換，還可集成多種光學功能，后續需要考慮基本量子點擴散板本體材料，增加勻光和聚光功能，實現背光器件的一體化設計。

（3）超高清顯示的功耗與亮度平衡：顯示器背光透過率會隨著顯示器分辨率的提升而降低，在同功率時，由于人眼視覺函數和電光轉換效率的原因，使用量子點技術電視的亮度仍然會比傳統電視低20%，因此，超清量子點顯示器的功耗會比傳統LCD更高。

▎總結

經過了接近十年的快速發展，量子點技術在各個層面都得到了充分的發展，而且配套的產業鏈也越來越成熟，但其中仍然有值得我們關注的熱點。從材料體系看，CdSe和InP的量子點技術趨近成熟，而新型鈣鈦礦量子點方興未艾，有可能在不久的將來引領下一個量子點技術的潮流。從量子點技術的應用形式看，量子點擴散板，QD-OLED等新的應用技術的興起，將會使量子點技術在顯示產品上得到全面的普及，從高端到中端，量子點技術將會在顯示產業應用中迎來爆發的十年。

| 論文信息 |

方慶，吳有肇，王峰，許懷書，季洪雷. 量子點液晶顯示技術發展趨勢與展望[J]. 液晶與顯示, 2023, 38(3):267-275. 

https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0395

| 通訊作者簡介 |

季洪雷，TCL電子液晶背光專家，光學膜材料專業高級工程師。2010年8月加入TCL電子有限公司工作，主要從事顯示新材料應用，健康顯示及人因工效學的相關研究。作為項目負責人完成了科技部戰略性先進電子材料重點專項“量子點背光關鍵技術開發及應用示范項目”，開發了全球首款搭載鈣鈦礦量子點和量子點擴散板的量子點電視。先后獲得福建省科學技術進步二等獎、廣東省科學技術進步三等獎、中國有色金屬協會科學技術進步一等獎、廣東省電子信息行業科學技術進步一等獎、粵港澳大灣區專利高價值專利大賽金獎等技術獎勵。近年來在 Optical Materials Express、《中國光學》等刊物上發表論文17篇，申請專利52項，其中第一發明人10項。兼任國際電工（IEC）標準委員會TC110組專家、SID北京分會技術委員、全國納米標準委員會技術委員，參與主導制訂國際標準2項，團體標準4項。

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