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遇事不決量子力學之量子效應顯示器

2022-04-26 09:42 作者:CFORCE品牌  | 我要投稿

量子力學,在多數(shù)人眼里看起來就像玄學,總是讓人“不明覺厲”。

但實際上,與量子力學相關的技術,已經服務于我們的生活很多年了。應用最廣泛的要數(shù)1967年發(fā)明的,以量子隧道效應為工作原理的非易失性存儲技術。正是這項技術的發(fā)明,讓手機小小的體積,可以儲存幾百G的數(shù)據,記錄我們生活的點點滴滴。

圖1 利用量子隧道效應進行信息存儲應用

第二項量子技術就是最近幾年國內火熱的量子通信,其基本原理是利用單個光子的量子狀態(tài)不可復制的原理,進行密鑰分發(fā),從而讓竊聽者無所遁形,保障了通信安全。

圖2 使用光纖進行量子密鑰分發(fā)的安全通信系統(tǒng)

第三項量子技術,是量子計算。很多人最感興趣的就是量子計算機如何破解比特幣的私有密鑰的問題。其實,量子計算的應用前景遠不止于此。我們所處的宇宙本質上可以認為就是一個大型的量子計算機。我們感受到的一切都是量子計算的宏觀結果。當人類完全掌握量子計算技術,離造物者就不遠了。當然,就目前而言,人類對量子計算技術尚未入門。

圖3 利用超導超低溫技術實現(xiàn)的量子計算機

今天我們要重點介紹的是另外一種量子力學效應,量子限域效應。由量子限域效應而產生的QLED技術,未來可能會對顯示領域產生革命性影響,大幅提高顯示器的色彩表現(xiàn),還原一個真實的世界。什么是量子限域效應呢?簡單一點來說,就是我們身邊的任何一種材料,如果被制成只有幾個納米大小的顆粒,那么該納米微粒物理性質將會發(fā)生某些遵循量子力學規(guī)律的改變。


例如,第一,金屬本來是導體,被制成納米顆粒后會變成半導體。第二,納米材料的顏色,或者說,發(fā)射光譜,會隨著顆粒的尺寸而改變,并且可以覆蓋所有的可見光光譜。

圖4 量子限域效應導致同一種材料在不同納米粒度下發(fā)出不同顏色的光

對顯示技術有所了解的朋友馬上會敏感的捕捉到這兩點特性的重要性。一種半導體材料,發(fā)射光譜覆蓋可見光波長,這不就是顯示技術中夢寐以求的光源嗎?確實如此,因此QLED也被認為是繼OLED之后的下一代顯示技術。


目前,利用QLED直接作為像素點的顯示技術,還沒有被開發(fā)出來。主流技術為采用QLED作為LCD顯示器的背光。為何采用QLED背光技術能夠提高LCD顯示器的色彩表現(xiàn)呢?這是因為傳統(tǒng)的LCD顯示器的背光源,有自己的光譜局限性。


特別是LCD的入門級產品,即45% NTSC色域或者所謂72% SRGB色域的產品。這類產品的背光源,采用的是基于藍色LED燈加黃色熒光粉的白光LED背光源。光源中的綠色和紅色是依靠液晶偏光片從連續(xù)光譜中來篩選紅色和綠色。

而液晶偏光片并不能夠完全濾除紅色和綠色附近波長的光線,篩選出來的紅色實際上是偏橙色,而綠色則偏黃色。所以,最終顯示出來的所有顏色,都是不準的。


我們在《遲來的視覺盛宴》中已經解釋了這個問題,45%NTSC色域的LCD顯示器,只能夠覆蓋30%左右的可見顏色。是不是有那么一瞬間恍然大悟?每次,我們在那詩和遠方,心潮澎湃地拍照,帶回家后,放在顯示器里看了一遍,就再也沒興趣了。因為,我們丟失了70%的色彩,也就丟失了70%的感動。

圖5 傳統(tǒng)LCD顯示器的背光光譜和偏光片導致色彩混疊

QLED背光技術,則可以很好的解決這個問題。如前文所述,利用精確控制的納米材料,QLED可以調整自己的發(fā)光光譜,自主發(fā)出光譜集中度很高的綠光和紅光,從而減輕了液晶偏光片的“篩選”壓力,提升顯示器的色域。

除了QLED背光,我們還可以采用更低成本的量子點熒光粉背光技術。其原理比QLED具有更強的量子力學色彩,采用的是光致發(fā)光,簡稱PL技術。納米級的材料,由于量子限域效應,產生了電子的能級分裂。

這些分裂的能級,能夠吸收藍光LED發(fā)射的光子,讓電子躍遷到高能級,或者說讓電子處于激發(fā)態(tài)。然后這些處于激發(fā)態(tài)的電子,又從高能級躍遷至低能級,放出紅色或者綠色的光子,多余的能量則轉化為“聲子”,或者熱能。

圖6 光譜集中度高的量子點PL背光

量子點熒光粉背光技術,通過在藍色LED上增加均勻分布紅光和綠光納米量子材料的量子粉末,來形成光譜集成度極高的R/G/B三原色背光,從而達到與QLED類似的,提升顯示器色域的效果。

可以預見,由于量子點背光技術能夠大大提高LCD顯示器的色彩表現(xiàn),必將在未來被大量應用。CFORCE品牌,作為雙USB-C接口便攜顯示器的發(fā)明者,在2021年推動便攜顯示器的OLED革命之后。將繼續(xù)把量子點背光技術引入便攜顯示器領域,一如既往地推動行業(yè)革命。

圖9 CFORCE QLED便攜屏CF015Q

本次CFORCE推出的量子點PL背光產品CF015Q,在大幅度提升色域的基礎上,還提供了低藍光模式,通過降低400nm~480nm波長的藍光照度,保護用戶的視網膜免受損害。

圖9 CF015Q 提供了低藍光模式用于保護視力

從光譜圖可以看出,在使用了CF015Q的低藍光模式后,藍光照度下降到正模式的50%左右。有需要的用戶還可以通過OSD選項進一步降低藍光照度到25%。

對于有上網課需要的小朋友,25%藍光照度下,屏幕產生的藍光刺激已經遠低于自然光水平,可以比較好的保護視力。


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