近日，由浙江大學葉志鎮院士領導的團隊再次在量子點技術上取得突破，解決了鈣钛礦氯缺陷控制科學難題，并創造了 460-480 nm 顯示用藍光 LED 效率的國際紀錄。這項研究成果吸引了海内外大量的關注，爲中國在量子點領域再添一座豐碑。
作爲被寄予厚望的新一代顯示技術，量子點技術近年來已經成爲中日韓等國的角力焦點，爲了研發出更先進的量子點技術，各國都在該領域進行了大量的投資。從 2014 年 TCL 發布國内第一款量子點電視，到 2024 年取得全新突破，短短 10 年時間裏中國在量子點技術上已經取得了大量成果，站在量子點領域前沿。
從電視到顯示器，量子點技術正在被應用到越來越多的顯示領域，成爲高端顯示領域的核心技術之一。不熟悉顯示市場的讀者，或許會感到疑惑：量子點技術有什麽用？國内在量子點技術方面都有哪些成果與突破？
想要回答這些問題，首先要從顯示技術的發展說起。在進入 21 世紀後，随着半導體技術的快速發展，顯示技術也進入快車道，LCD 顯示屏雖然仍然是市場的主流，但是卻有着不少的缺陷，比如色彩表現不佳、長時間使用後畫質下降明顯、對比度和亮度一般等問題。
爲了解決這些問題，TCL、索尼等企業嘗試着将量子點技術應用到顯示屏的生産中。作爲一種無機納米半導體晶體，量子點擁有許多宏觀晶體所不具備的特性，比如在光學材料非常重要的激發譜與發射譜性質上，量子點就有着寬激發譜和窄發射譜兩種顯著特性。
如何理解這個特性？首先我們需要知道，光之所以有着不同的顔色，是因爲其有着不同的「波長」，比如當光的波長在 450 納米到 495 納米之間時，這道光在我們眼中就會呈現出藍色，而當光的波長達到 620-700 納米時，則會變成紅色。光源在激發後，激發能量就會轉變成不同波長的光，然後開始向外傳遞。
作爲一種光學晶體，量子點的寬激發譜特性使其可以吸收多種不同波長的光子，進而達到更高的激發能級，也就是有着更多的能量來進行轉化輸出。與此同時，因爲其窄發射譜的特性，量子點轉化出來的光會高度集中在特定的波長，體現到宏觀層面的效果就是量子點激發的光顔色有着極高的色彩純度。
與之對比，傳統 LCD 電視受限于激發原理，在顯示面闆的不同區域會因爲光學材料的厚度、激發效率、老化等問題，顯著影響色純度（指單一顔色在屏幕上顯示的純淨度和一緻性）。雖然可以通過使用多層光學濾光片等方式調節和增強色彩純度，但是這種做法費時費力成本極高，導緻高色純度的傳統 LCD 電視售價十分高昂，而且同樣無法解決濾光片因爲角度、材料質量等因素所導緻的偏色問題。
這個對傳統 LCD 電視來說難以解決的痛點，在量子點領域卻不是什麽大問題，利用半導體技術批量制造的量子點有着更高的均勻性，解決傳統光學材料因爲激發效率等原因導緻的色彩不一緻問題。得益于量子點先天上的色純度優勢，量子點電視可以大幅度減少對光學濾光片的依賴，降低成本并減少因複雜光學結構所衍生的其他問題。
比如最新一代的量子點 Pro 2024 技術，色域值已經達到 157%（BT.709），意味着可以顯示的色彩是 BT.709 标準的 1.57 倍，能夠呈現更豐富的色彩層次與細節。這裏就是利用量子點的窄發射譜特性，通過對發射波長的調整，生成理想的紅、綠、藍三原色，從而實現大範圍的色彩覆蓋。
此外，其全屏色純度也高達 95%，這個參數在如今大尺寸電視成爲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左上角與右上角的紅色有着明顯的過渡區别，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勢的加持下，量子點電視在色彩表現上遠超傳統電視，而且，量子點技術相較于傳統光學材料，在色彩壽命上有着顯著優勢，傳統光學材料如熒光粉受溫度、濕度、使用強度等因素影響，色彩表現會逐漸衰減。
而量子點材料則可以長時間保持穩定狀态，并在壽命期限裏一直保持高色彩表現，如今的前沿量子點材料如 TCL 的四元量子晶體 Pro，其色彩壽命甚至達到 10 萬小時，即使 24 小時不停播放，壽命也超過 10 年。
更關鍵的是，量子點材料的應用範疇非常廣泛，LCD、OLED 和 Mini LED 等主流顯示面闆，都可以利用量子點材料強化色彩表現和背光壽命。出色的特性與廣泛的适用範疇，讓量子點材料成爲光學領域的一項革命性成果，更是有三位科學家因爲在「量子點的發現和合成」方面所做出的傑出貢獻，在 2023 年被授予諾貝爾化學獎。
而早在 2016 年，浙江大學化學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現的最優秀發光材料，其特性是有機類的發光材料無法比拟的 "，并認爲新一代電緻發光量子技術最快 5 年實現量産，屆時将會讓 OLED 技術面臨嚴峻挑戰。
時間一晃眼已經過去 8 年，現如今的量子點技術已經成熟且大範圍量産，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，市場調研機構 DSCC 前段時間發布了 2024 年 Q2 的電視市場數據，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，量子點技術可以說功不可沒，利用量子點技術在色彩方面的優異表現，配合 Mini LED 在亮度、對比度上的優勢，TCL 等品牌成功以更低的成本，實現了媲美 OLED 技術的顯示效果，使得 Mini LED 電視成爲各個價位市場的熱銷品類，并且仍在随着量子點技術的突破衍生出更多高端産品。
現在的量子點技術雖然已經十分成熟，但是依然有着廣闊的前景，對于下一代量子點技術的研發也一直在進行中。開頭我們就提到浙江大學葉志鎮院士的團隊取得了新突破，進一步解決了藍光 LED 性能不足的問題，同時還解決了鈣钛礦量子點導電與導熱差的難題，大幅度提升紅光 LED 的亮度與穩定性，實現了 40 萬尼特的最高亮度記錄。
可見，從技術層面來說，目前的量子點材料仍然有着很大的發展空間，比如第二代量子點技術将采用的電緻發光量子點，隻需要輸入電力即可激發對應的光顔色，電緻發光量子點材料所具備的自發光特性使其可以被制作成柔性顯示層，并能夠被應用到更廣泛的領域。
對比傳統材料，量子點的優勢如此多，但是爲何在前幾年卻并不常見？歸根結底，還是成本問題。
初代量子點電視主要基于量子點管方案設計，通過将量子點材料封裝進微型玻璃管中，配合 LED 支架設計并将量子點玻璃管嵌入藍光 LED 的光源裏，打造出高純度的背光源。該方案需要将玻璃管精準排列到背光模組中，并且确保固定過程中玻璃管不會受損，因此良品率一直難以提升，導緻量子點技術難以普及到中低端市場。
