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納米技術(shù)全面升級(jí)LED

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• 發(fā)布時(shí)間：2014-11-10
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    當(dāng)幾個(gè)麻省理工的畢業(yè)生于2005年創(chuàng)建QDVision時(shí)，很少有人會(huì)想到它能夠在短短5年時(shí)間里取得45項(xiàng)技術(shù)專利，并得到美國能源部和國防部的大力資助。據(jù)說奧巴馬去年造訪麻省理工時(shí)還特意向公司高層詳細(xì)詢問了量子點(diǎn)技術(shù)的進(jìn)展。自愛迪生發(fā)明白熾燈以來的100多年間，照明技術(shù)經(jīng)歷了無數(shù)次的更新，但細(xì)數(shù)下來，真正具備“換代”意義的燈具卻只有三種：白熾燈、熒光燈和發(fā)光二極管（LED）。LED實(shí)現(xiàn)了電光的直接轉(zhuǎn)換，具有功耗低、高亮度、色彩艷麗、抗振動(dòng)、壽命長的特性，當(dāng)?shù)谝粋�(gè)能發(fā)出白光的LED燈于1998年問世時(shí)，很多人認(rèn)為這種“集萬千優(yōu)點(diǎn)于一身”的電燈將是燈泡進(jìn)化史上的一個(gè)終點(diǎn)。但是以美國QDVision為代表的一批高科技公司則在告訴世人：燈泡的故事還有續(xù)篇。在美國國防部和能源部的財(cái)政支持下，QDVision在LED的基礎(chǔ)上，采用納米技術(shù)研制出了更加高效節(jié)能的量子點(diǎn)LED燈，在繼承LED燈諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，它還擁有兩個(gè)突出特點(diǎn)：首先是實(shí)現(xiàn)了光線顏色的可控，使得冷冰冰的LED光線變得更加柔和；更重要的是，由于能夠?qū)�LED的基色100轉(zhuǎn)化為白光，量子LED燈變得更加高效和節(jié)能。QDVision不久前已經(jīng)推出了供家庭和辦公室使用的商用量子點(diǎn)LED燈。也許在今年晚些時(shí)候商店貨架上就會(huì)出現(xiàn)它的身影。而在LED顯示和背光方面，量子點(diǎn)技術(shù)同樣值得期待。LED燈“嫁接”納米技術(shù)在窺探量子點(diǎn)LED燈的奧妙之前，我們有必要了解何謂量子點(diǎn)。量子點(diǎn)（QuantumDots）是一些肉眼無法看到的、極其微小的半導(dǎo)體納米晶體，是一種粒徑不足10納米的顆粒。通常說來，量子點(diǎn)是由鋅、鎘、硒和硫原子組合而成。1983年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家首次對(duì)其進(jìn)行了研究，但卻“忘了”給它起名字，數(shù)年后耶魯大學(xué)的物理學(xué)家馬克·里德將這種半導(dǎo)體微塊正式命名為“量子點(diǎn)”并沿用至今。量子點(diǎn)有一個(gè)與眾不同的特性：每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點(diǎn)能夠改變光源發(fā)出的光線顏色。那么量子點(diǎn)到底是如何讓LED光線變得柔和高效的呢？目前市面上能發(fā)白光的LED實(shí)際的光源顏色卻是藍(lán)色的，由藍(lán)變白需要借助一種由名為釔鋁石榴子石（YAG）的物質(zhì)制成的熒光體涂層，YAG熒光體能夠吸收部分藍(lán)光，將它們轉(zhuǎn)換為黃光，當(dāng)黃光和藍(lán)光混合后便可產(chǎn)生一種新的光色，其顏色在肉眼看來非常接近白色。但是與天然光線相比，這種混合色中缺乏紅色光譜，這使得照明用的LED燈光看起來冰冷而刺眼，部分熒光燈也有此弊病。拋開造價(jià)高的因素，從某種意義上說，光線不夠柔和也阻礙了LED燈走入家庭、大規(guī)模商用的進(jìn)程。量子點(diǎn)則可利用可控的光線顏色改變“冷酷”的LED燈。據(jù)QDVision聯(lián)合創(chuàng)始人科爾·蘇利文介紹，他的公司已經(jīng)完全掌握了量子點(diǎn)的光色可控技術(shù)，從工作原理上說，量子點(diǎn)與YAG熒光體類似，通過光線刺激讓量子點(diǎn)發(fā)散出幾種顏色的組合，最終讓LED燈發(fā)散出白色的燈光，但蘇利文拒絕透露如何讓量子點(diǎn)產(chǎn)生這幾種顏色的光線。尤為值得注意的是，量子點(diǎn)能夠?qū)�LED光源發(fā)出的藍(lán)光完全轉(zhuǎn)化為白光，而不是像YAG熒第2頁共2頁光體那樣只能吸收一部分，這意味著在同樣的燈泡亮度下，量子點(diǎn)LED燈所需的藍(lán)光更少，在電光轉(zhuǎn)化中需要的電力自然更少，更高效的表現(xiàn)令其在節(jié)能減排方面更勝一籌。量子點(diǎn)LED顯示小試牛刀LED的用途并不僅限于照明，它還有更加廣泛的發(fā)揮空間，比如LED顯示和LED背光。2008年的北京奧運(yùn)會(huì)上，空中升起的LED奧運(yùn)五環(huán)、“鳥巢”看臺(tái)上的大型LED屏幕等大量使用的LED技術(shù)已讓我們見識(shí)到了LED顯示的魅力。因?yàn)閮身?xiàng)功能也都和“發(fā)光”有直接關(guān)系，不少科學(xué)家目前都在研究如何讓量子點(diǎn)技術(shù)在LED顯示器、電視、手機(jī)背光等領(lǐng)域發(fā)揮更大的效力。在LED顯示領(lǐng)域，目前在技術(shù)范疇內(nèi)被提及最多的當(dāng)屬有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），相比于當(dāng)下大紅大紫的液晶顯示設(shè)備（LCD），OLED的優(yōu)勢(shì)非常明顯，尤其是在能耗方面。OLED采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，電流通過時(shí)這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，也就說它能夠自己發(fā)光，而LCD不是自發(fā)光器件，需要后背模塊，增加燈管，這使得OLED較LCD更加輕薄，顯示效果也更好，同時(shí)能夠顯著節(jié)省電能（能耗僅為LCD的10至20）。但因?yàn)镺LED使用的是有機(jī)材料，顯示設(shè)備的壽命比LCD要短很多，并且技術(shù)成本也很高，若能用量子點(diǎn)替代有機(jī)材料，則可以在很大程度上延長OLED的使用壽命，同時(shí)進(jìn)一步降低能耗。英國的納米科技公司NanocoTechnologies已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域做出嘗試，研究人員開發(fā)出了可使顯示器全彩顯示的量子點(diǎn)，LED測(cè)試表明，其顯示出的色純度甚至超過了有機(jī)材料，但穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。并不遙遠(yuǎn)的未來科技近些年來，隨著科技的發(fā)展，納米技術(shù)已經(jīng)在IT等行業(yè)取得了一定進(jìn)展，但與其廣闊的應(yīng)用空間相比，納米科技依舊處于嬰兒時(shí)期，從實(shí)驗(yàn)室突破到市場(chǎng)的納米技術(shù)屈指可數(shù)。但在科技創(chuàng)新屢見不鮮的今天，應(yīng)用于照明的量子點(diǎn)技術(shù)顯得并不那么遙遠(yuǎn)。當(dāng)幾個(gè)麻省理工的畢業(yè)生于2005年創(chuàng)建QDVision時(shí)，很少有人會(huì)想到它能夠在短短5年時(shí)間里取得45項(xiàng)技術(shù)專利，并得到美國能源部和國防部的大力資助。據(jù)說奧巴馬去年造訪麻省理工時(shí)還特意向公司高層詳細(xì)詢問了量子點(diǎn)技術(shù)的進(jìn)展。QDVision和美國照明設(shè)備公司NexxusLighting合作生產(chǎn)的首批商用量子點(diǎn)LED燈是一個(gè)讓人期待的產(chǎn)品，11瓦的功率即可達(dá)到70瓦白熾燈的光照效果（熒光燈大致需要15瓦），但其壽命卻是后者的50倍以上。如果從荷蘭菲利普公司1978年發(fā)明第一代熒光燈算起，白熾燈一家獨(dú)大的局面足足維持了一個(gè)世紀(jì)，但從熒光燈到LED的出現(xiàn)卻只用了20年。隨著各國對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)的認(rèn)可和推廣，我們有理由相信，“嫁接”了納米技術(shù)的LED距離我們并不遙遠(yuǎn)。

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