三星电子公司的研究人员制造了第一台使用量子点(quantum dots)的全彩色显示屏。量子点显示器有望更明亮,更便宜,也更节能,胜过那些见于今天手机和MP3播放器中的显示屏。
三星的四英寸对角显示器(diagonal display)的控制是使用动态矩阵(active matrix),这意味着每个彩色量子点像素(quantum-dot pixels)的开启和关闭都要使用一个薄膜晶体管(thin-film transistor)。研究人员制造的原型采用了玻璃,也采用了柔性塑料,这已被报道过,就在本周的《自然?光子学》(Nature Photonics)上。“我们已经把一个科学挑战转化成真正的技术成果,”金钟民(Jong Min Kim)说,他是三星尖端技术研究所(Samsung Advanced Institute of Technology)研究员。
量子点是半导体纳米晶体,它们发光是因为接触到电流或光。它们发光会有不同的颜色,这取决于它们的大小和它们制备所采用的材料。明亮、纯净的色彩和低功耗使它们非常具有吸引力,很适合用于显示器。大多数计算机显示器和电视机都使用耗电的液晶显示器(LCD)。有机发光二极管(OLED)显示器更明亮和节能,但仅限于小的装置,因为他们太昂贵,不能用于电视屏,它们的有机材料也使用寿命有限。
量子点显示器能耗是液晶显示器的五分之一到十分之一,三星研究人员金台镐(Tae Ho Kim)说。它们有望更明亮,更长久耐用,胜过发光二极管。更何况,它们的生产费用不到LCD或OLED屏幕的一半。
这种潜力已经引起关注,关注者是三星之外的其他大型显示器厂商。LG显示器部门正携手麻省理工学院(MIT)下属企业量子点视觉公司(QD Vision),开发量子点显示器。
为了制备他们的原型,三星研究人员首先涂抹一种量子点溶液,就涂在硅板上,并蒸发掉溶剂。然后,他们轻轻压下一个橡皮图章,这个图章带有褶皱表面,就压入量子点层,再剥离图章,然后把它压在所需的玻璃或塑料基板上。这就把条纹状的量子点转印到了基板上。
在彩色显示屏中,每个像素都包含红,绿,蓝子像素。这些颜色组合时都可以有不同的强度,这就可产生数百万种色彩。采用他们的冲压技术(stamping technique),一遍又一遍地进行,研究人员就可以创造一种持续的模式,就是红色,绿色和蓝色条纹的模式。
他们把这些条纹直接转移到薄膜晶体管阵列。这种晶体管的制备是采用非晶铪铟锌氧化物(hafnium-indium-zinc oxide),这就提供了更高、更稳定的电流,胜过传统的非晶硅晶体管(amorphous-silicon transistors)。这样产生的显示器具有子像素,这些子像素大约50微米宽100微米长,这就足够小,可用于手机屏幕。
“这是一个有力的实证,”:赛斯?科-沙利文(Seth Coe-Sullivan)说,他是量子点视觉公司联合创始人和首席技术官。“这种个性化的技术元素不一定是新的。三星确实做了很多好工程,把所有的碎片都拼在一起,而且采用了令人印象深刻的方式。”
但是,他提醒说,有很多研究和工程问题有待解决,而且量子点显示器至少还需要三年时间才能商业化。最好的量子点装置节能效率仍然不如OLED。它们还需要更长久耐用,现在,它们开始失去亮度是在大约10000个小时以后。最终,研究人员将不得不研发一些方法,使制备它们实现低成本和大规模。
首台全彩量子点显示屏问世
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