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量子点电视技术浅析

2015-12-10 10:05
seele_jin
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  摘要: 分析了WLED 电视的技术缺点和量子点电视的技术优越性。传统的WLED 电视大多采用“蓝光LED + 黄色荧光粉”的发光模式,虽可让人感觉到白光,但缺乏红光和绿光使得混色较为困难,是导致色域覆盖率偏低和背光转换效率不高的原因。近年来,随着量子点发光技术的成熟及其在液晶背光中的应用,量子点电视应运而生,性能十分优越。与传统WLED 电视比较,量子点电视的色域和能效更高,所以其画面色彩更自然亮丽,并且兼顾节能环保。

  1 WLED 电视

  目前行业普遍采用NTSC 色域标准来衡量色彩显示效果,色域覆盖率( 简称色域) 越高,电视所呈现的颜色范围也就越丰富、越接近自然色。市面上的白光LED 液晶电视( WLED 电视) 大多采用“蓝光LED + 黄色荧光粉”的发光模式,虽可让人感觉到白光,但缺乏红光和绿光使得混色较为困难,导致色域偏低,一般不超过72%,大大低于色域高达100%的OLED 电视。随着OLED 电视成本不断下降,传统WLED 电视面临OLED 挑战,未来WLED 电视的生存空间不断受到挤压。

  液晶电视的色域取决于背光的光谱特性以及光谱与液晶面板彩色滤光片( CF) 的匹配程度。主流的WLED 电视是通过蓝光LED 发出的光激发黄色荧光粉产生黄光,剩余的蓝光与黄光混色而获得白光,其典型的光谱特性如图1 所示,就RGB 三基色而言,其色纯度很差。增加CF 的厚度以便充分过滤背光,可在一定程度上提高RGB 三基色的纯度,有助于提高WLED 电视的色域,但是,增加CF 厚度会导致透光率下降,使得WLED 背光转换效率大打折扣,从而降低WLED 电视的能效指标。另外,LED 生产过程中参数离散性严重,导致LED 光谱很难与CF 精准匹配,这是导致WLED 电视色域偏低、背光转换效率不高的另一个原因。

  图1 传统WLED 的发射光谱

  提高色域是延长液晶电视生命周期的有效方法。近年来,量子点发光技术获得重大突破,并成功应用于液晶电视,大大提高了液晶电视的色域,达到100% 甚至110%,达到或超过OLED 电视的水平。应用了量子点发光技术的液晶电视———量子点电视,有望成为未来主流的高端电视。

  2 量子点发光机理

  量子点( Quantum Dots,QDs) 是一种由数十个原子所构成的半导体颗粒,其3 个维度的尺寸都在100 nm 以内,量子尺寸效应非常明显。量子点是一种纳米级的半导体材料,具有半导体的能带结构,具有一定的带隙宽度,可以电致发光或光致发光,其发射光谱取决于能带结构,而能带结构与量子点颗粒大小和分布有关。现有技术能够精准控制量子点颗粒大小及其分布,从而可以精准控制量子点的发射光谱和色纯度。

  本文仅讨论量子点的光致发光技术,量子点材料的能带结构简图如图2 所示。导带和价带都是一些分立的能级,常温下,价带基本上被电子占据,导带基本上没有电子,量子点材料受到光照射后,价带中的部分电子吸收光能,从价带跃迁到导带( 图中用A 表示此过程) ,这是一个吸收光能的过程。处于导带的电子是不稳定的状态,几乎立刻返回价带( 图中用B 表示此过程) ,将吸收的光能以光的形式释放( 即发光) ,这是一个发射光的过程。量子力学理论计算表明,所发出光的波长( 即颜色) 与量子点的大小成正比,越小的量子点所发出光的波长越短,越大的量子点所发出光的波长越长( 蓝移现象) 。因此,通过精准控制量子点大小即可获得所需颜色的光,如图3 所示。

  图2 量子点材料的能带结构

  图3量子点发光波长与颗粒直径有关

  在量子点电视中,主流的方法是利用蓝光LED 发出的光激发2 种量子点材料,分别发出红光和绿光,并同剩余的蓝光混色成为白光,这种白光就作为液晶电视的背光光源。其光谱特性如图4 所示,可以明显看到RGB 三基色的波峰。

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