未來15年量子點LED將點亮全球
摘要: 目前,量子點生物技術首先在醫藥學上得到應用,量子點電視顯示屏已經出現,量子點LED(QLED)光源也在實驗室里誕生。
2009年,美國尼克思照明的夏洛特將量子點的涂料涂在藍光LED上,在實驗室中制成了世界上第一個量子點LED燈泡——QLED燈。當時,所用材料是劇毒的鎘化物。
將無鎘技術引入量子點研究的是我國的彭笑剛教授。他基于對激發態合成技術的重新認識,采用了一些新的合成控制方法,得到了一些性能前所未有的量子點,從此,量子點技術進入了無毒環保研究階段。同時,他又發明了一種在QLED器件中插入1層納米絕緣層的技術,從而徹底解決了正、負載流子注入平衡的關鍵難點。這兩項技術的突破,從實驗上驗證了QLED實用化的可行性,為QLED在未來的顯示和照明領域扮演重要角色提供了理論和技術基礎。
2010年5月,在美國拉斯維加斯的世界燈展上,來自我國浙江大學的彭笑剛教授與其合作者推出兩種無公害的QLED系列產品,他的全新工藝理念標志著固態照明領域的顛覆性技術突破。這一突破性的技術成為QLED照明進入實用化的起點。
目前,QLED進入實用化的領域是彩色顯示屏。2014年9月,TCL公司率先推出中國第1臺型號為H9700的55 in量子點電視,到2014年底,彩電業興起一股量子點電視的熱潮。2015年1月,在美國CES國際消費電子展會上,長虹也展出號稱全球第1臺曲面量子點電視。2015年4月,TCL多媒體又發布了量子點電視新品TV+量子點曲面電視,并一舉奪得“中國家電艾普蘭創新獎”。這一切創新成就的出現都充分顯示了QLED的發展活力。
據了解,最初制造的量子點電視是含有劇毒鎘元素材料的,而現在剛上市的量子點電視大多不含鎘元素。
4.OLED的困惑:從希望到尷尬
有機物發光二極管(OLED)是鄧青云博士(他被譽為現代OLED之父)在1979年發現的。1994年日本科學家宣布了第1只白光有機發光二極管用于照明。2007年,一種15 cm×15 cm的大面積白光OLED被開發,當時的有效發光面積達到了12cm×12 cm,平均亮度達到852 cd/m2。2008年,歐司朗發表在玻璃基板上1 000 cd/ m2亮度的時候,光效達到46 lm/W,壽命超過了5 000h。
目前,用于照明的OLED面板面積以30 cm×30 cm為主流產品,也有達60 cm×60 cm以上的。亮度一般為1 000 nt以下,壽命宣稱達到了10 000 h以上。
OLED是一種基于有機薄膜的自有光源顯示屏技術,為電致發光光源。與液晶顯示技術相比,具有眾多的優點。如只有1 mm左右的超薄厚度、超輕、廣視角、自發光(不需要背景光源)、刷新速度快(是液晶的1 000倍)、高清晰、低能耗、低溫特性優(在-40 ℃下性能依然良好),可以實現柔性顯示(即屏幕可以卷曲)等,被認為是顯示技術的未來。到目前為止,全球各大顯示器制造商都在開發OLED產品。
過去20年,在改善基礎OLED材料整合方面,人們不斷地投入了許多的努力。雖然理論上可運用的小分子和高分子材料種類相當繁多,然而,有機材料的壽命、效率、色彩及目前最佳化制程條件仍受到多重參數的牽制,使得原本領先的OLED紅、藍、綠發光材質的開發受到阻礙。
與QLED的開發相比,OLED從彎曲到柔性,從光效到色純度,從壽命到價格,OLED都不占優勢。
第一,制造OLED時,需要使用1個“陰罩”,當屏幕尺寸變大時,陰罩板容易發生熱脹冷縮,會使得色彩等不夠精確。而QLED的制造過程不需要使用陰罩,因此不會出現精確度減少的問題。另外量子點還可懸停在液體中,并使用多種技術讓其沉積,包括將其噴墨打印在非常薄的、柔性或者透明的襯底上。
第二,OLED的光色的純度不足,其純色需用彩色過濾器才能產生,而QLED從一開始就能產生各種不同純色,也在將電子轉化為光子方面優于OLED,因此能效更高,制造成本更低。
第三,在同等畫質下,QLED的節能性有望達到OLED屏的2倍,發光率將提升30%~40%。同時QLED可以達到與無機半導體材料一樣的穩定性、可靠性。
綜上所述,QLED不但成為OLED強有力的競爭者,或者,更大膽一點說,QLED也可能是OLED的掘墓者。
5.QLED照明優勢與挑戰并存
5.1 化學性能方面的優勢
在制備技術方面,QLED有以下3方面優勢。第一,因為構成QD的材料全部為無機物,使得它們對制造環境的要求不再苛刻,在有水氣或氧氣的環境中,比OLED更為穩定,穩定性比有機熒光體高幾個數量級;第二,它同時兼具高分子的溶解性以及磷光材料的高發光效率潛力;第三,因為納米晶體的直徑控制了QD的光學能隙,使得發光光色特性的判定及最佳化程序變得更簡化。
5.2 照明學方面的優勢
從近幾年的研究發現,與太陽光比較,現在的白光LED燈是有缺陷的,這種人造白光有很多的高能光子(即藍光過多)現象。已經有一些醫學證據表明藍光過多對人類健康的影響是不利的。
低色溫、大功率白光LED仍是商品化GaN基白光LED發展的總體趨勢。為適應這種趨勢,就要加快紅光熒光粉的研發進程,這對提升白光LED的顯色指數具有重要意義。然而,令人遺憾的是,到目前為止,所有紅色熒光粉的性能與藍、綠色熒光粉相比在光通量性能維持方面還相差甚遠,這是白光LED發展的最大瓶頸所在。
另外,現行白光LED發熱還比較明顯。QLED的白光,在原理上可以完全做到與理想照明光源一致,更加接近于自然光,并且發熱會進一步減少。
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