全球显示技术权威彭笑刚:量子点是人类至今发现的最好发光材料

TechWeb 2016-03-30

“量子点是人类至今发现的最好发光材料,量子点电致发光将是下一代显示技术最有利的竞争者。”日前,全球顶尖的化学专家、浙江大学教授彭笑刚在接受记者采访时,坚定地指出量子点代表显示技术的未来。


进入2016年以来,量子点显示的关注热度持续升温。就在两会期间,技术创新成为专家代表讨论热点,国内权威技术专家、教授纷纷热议并力挺量子点。其中,中科院院士欧阳钟灿直接指出,量子点技术不是简单的显示科研成果,而是真正的技术成果。而北京交通大学教授徐征在接受媒体采访时表示,量子点电致发光显示已经列入战略性先进电子材料国家重点专项中,是未来发展方向之一。


作为国家“千人计划”入选者,彭笑刚被全球领先的专业信息供应商汤森路透公司评为全球排名第八的顶尖化学家。正是彭笑刚2014年底在《自然》(Nature)上发表的电致发光论文,让全球科学界将目光关注到量子点LED显示领域,助力中国目前在这一领域处于领先位置。“量子点LED电致发光是人类未来唯一或最可能的选择。”彭笑刚指出,量子点电致发光有望五年内实现应用落地,未来可能通过喷墨打印,做电视就跟印报纸一样简单。




“量子点是人类至今发现的最好发光材料”


在彭笑刚看来,人是在太阳下进化来的,光就是最好的传播和交流信息媒介,发光材料对于人类世界是永远不可或缺的。针对于未来发光材料的趋势,他直言不讳地告诉记者,“量子点是人类至今发现的最好发光材料。”


彭笑刚的自信,来自于量子点作为发光材料的重大开创性。据了解,量子点属于一大类新材料——溶液纳米晶中的一种,尺寸在1~100纳米之间,每一个粒子都是单晶。量子点的化学成分,保障发光颜色可以覆盖从蓝光到红光的整个可见区,而且色纯度高、连续可调,是具有突破性工业应用的材料。


彭笑刚指出,量子点材料兼顾了有机和无机两种发光材料优势,是最佳的发光解决方案。他介绍,传统的发光材料主要分有机和无机两种,两种材料各有利弊,只有量子点的发光纯度既高于有机分子又高于无机荧光粉,量子点的稳定性与无机荧光粉相当,但加工性能与有机分子相同。因此,量子点兼备了有机物和无机物的优势,并且从显示产业要求看,量子点无论是在激发方式,还是发光性质方面都在这些材料之上。


对于量子点发光材料的广阔前景,彭笑刚举了几个影响深远的例子。如量子点可以应用在生物医疗领域,可以利用量子点把细胞的骨架完全显示出来。这样就很容易地利用量子点的不同颜色来同时检测多种病菌或者农药残留,而且因为量子点吸收能力非常大,能够大大提高灵敏度。量子点应用于照明产业,可以大幅提升发光效能。目前人造光源的光效率非常低,例如照明质量高的白炽灯,光效只有2%。美国能源部的固态照明路线图写了一段话:量子点在人类照明领域将起到重要作用。




彭笑刚告诉记者,量子点发光材料对于显示产业的帮助是极其大的。现在的显示技术,以氮化镓蓝光LED配合黄色荧光粉为背光源,以“液晶+滤光片”产生彩色画面。它的过频光效只有2%-4%。相当于进去100瓦的电能只能拿到2-4瓦的光能,其他全都变成没用的热。夏天在家里看电视,相当于开了一个电炉。而目前的量子点显示设备,是氮化镓LED与量子点结合的背光源产品,纳晶公司和美国两家高科技公司都已经进入商业化阶段。这种新型的背光源,让显示颜色的纯度、色饱和度很高,是其它显示技术难以企及的。


“量子点电视,正在成为目前纳米技术进入到消费者生活中具有代表性的民用化技术。”彭笑刚如是说。在2014年12月,中国第一台量子点电视就由TCL正式发布,率先推开了全球彩电业量子点时代的大门。TCL推出的这款量子点电视,使用了色彩最纯净的量子点光源作为背光源,在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度上拥有非常出色的表现。据国家广播电视产品质量监督检验中心检测数据显示,在NTSC1931标准下,普通LED电视的色域只有72%、OLED电视实测色域为89%;而量子点电视则可以达到110%的NTSC色域覆盖率,远高于OLED。彭笑刚表示,量子点电视显示效果更纯净、更精准,有着得天独厚的优势。




“量子点LED电致发光是人类未来唯一或最可能的选择”


在彭笑刚看来,量子点将彻底改写下一代显示技术的发展进程。他认为,按照5年以前的技术路线看,接下来的下一代显示技术是有机发光二极管(OLED)。OLED的最大挑战,是有机发光材料的不稳定性,尤其是蓝光材料。另外,目前产业化的OLED所用的制造技术和传统的氮化镓LED很像,用的是真空技术。一旦用真空技术,能耗和成本就上去了。所以,OLED价格并不便宜,环境成本也不低。


“OLED很难克服目前存在的问题。”彭笑刚指出,OLED由于有机物的特性,本质上就无法长期承受高能量的刺激发光、尤其是高能量的蓝光,导致寿命、光效等存在当前无法协调的难题。而现阶段的量子点与OLED相比,显色性更好、稳定性更高、成本更低。


“量子点显示的未来更加不可想象。”彭笑刚解释说,量子点LED加工以溶液过程为基础,如喷墨打印,未来做电视可能与印报纸一样。从低成本、低功耗、低环境代价的显示技术,摆在人类面前的选择目前只有一个、或者说是最可能的一个,那就是以电致发光为基础的量子点LED显示。




目前,国外的光致发光量子点电视研究,美国跟中国的水平相当。未来中国要做的是量子点电致发光,中国目前处于领先位置。此前行业一直认为电致发光难度太高,不具有实用性,而彭笑刚在2014年底在《自然》(Nature)上发表的电致发光论文,一下子让大家看到了希望。该文提出了一种以量子点为电致发光材料的新型LED器件,其性能远超目前相关文献报道的其它量子点LED,并且该新型器件可以通过简单的溶液加工路线制备而得。


正是在中国科学家不懈的推动下,量子点电致发光显示成功列入战略性先进电子材料国家重点专项中,成为国家战略级的未来发展方向之一。彭笑刚认为,量子点LED电致发光在整个科技业看起来都是将来的、下一代显示的最有利竞争者,所以国家将其纳入十三五计划。中国的研究目前处于国际领先地位、并确立了自己的知识产权,在受到国家层面的支持后,预计未来几年的发展将非常值得期待。




此前两会上,TCL集团董事长李东生在接受记者采访时就表示,量子点将显示技术从微米级提升到纳米级,通过基础材料的创新,为显示产业发展提供更多可能。“同时,我们也认为下一代显示产品技术核心可能是印刷显示技术。”李东生的观点与彭笑刚不谋而合。至于实现以电致发光为基础的量子点LED显示时间表,彭笑刚说,“有望在五年左右实现,这是我们的目标。”

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