2023 年，诺贝尔化学奖授予在量子点的发现与合成领域取得成就的科学家。诺贝尔奖委员会表彰了该领域科学家的开创性成果，并指出量子点技术已为显示产业和医疗产业做出重大贡献，且预计将在电子器件、量子通信以及太阳能电池等领域拥有更广泛的应用前景。
量子点是一种超微细的半导体颗粒，其发光颜色会随着颗粒大小变化而改变，进而呈现出极其纯净和鲜艳的色彩。作为全球领先的电视制造商，三星电子将这一尖端材料应用于显示技术中，以全面提升画质表现。
量子点纳米晶体的研发引领显示技术迈向新时代
量子点是一种纳米级的半导体晶体，具有独特的电学和光学特性。其尺寸以纳米（nm）为单位衡量（1 纳米等于十亿分之一米），粒子直径仅为人类发丝厚度的几千分之一。
当半导体颗粒被缩小到纳米尺度，其能级结构会被量子化，也就是说，只能以离散的状态存在，这种现象被称为量子限域效应。在这一尺度下，通过调节颗粒尺寸即可控制对应的发光颜色。粒子越小，其发光波长越短，颜色就从红向蓝偏移。换句话说，量子点纳米晶体的颜色是由其尺寸决定的。
三星量子点薄膜具备卓越的色彩表现、发光效率与耐用性
量子点在太阳能电池、光催化、医学和量子计算等多个领域备受关注。然而，率先将这一技术成功实现商业化的，却是显示行业。三星电子视觉显示事业部高级显示实验室负责人 Sanghyun Sohn 指出：“三星专注于量子点的一个重要原因，是它们发射光谱的峰值极窄，这种窄带宽和强荧光特性，使量子点成为精准还原各种色彩的理想材料。”
▲ 量子点通过纳米级别的控光水平，产生超纯净的红、绿、蓝（RGB）三原色，其光谱带宽窄且荧光强度高。
为了在显示技术中充分发挥量子点的优势，所采用的材料与结构必须能够在严苛条件下长时间维持优异性能。三星 QLED 通过引入量子点薄膜实现了这一点。一款量子点膜若要实现商业化，必须满足若干关键要求，例如高效的光转换能力与良好的透光性。
三星 QLED 显示屏所使用的量子点薄膜，是通过将量子点溶液加入高温加热的聚合物基底中，均匀铺展成薄膜后进行固化而制成的。尽管面临诸多挑战，三星依然突破了技术壁垒，三星的量子点薄膜能够实现精准的色彩表现和卓越的发光效率，同时还具备行业领先的耐用性。
亮度通常以尼特为单位来衡量，一尼特相当于一支蜡烛的亮度，传统 LED 屏幕大约能达到 500 尼特，而三星的量子点显示屏可达到 2000 尼特甚至更高，使画质体验由此迈上全新台阶。通过引入量子点技术，三星显著提升了显示设备的亮度与色彩表现力，其 QLED 电视的色彩还原能力已超过 DCI-P3 色域的 90%。
▲ 在 CIE 1931 色彩空间中，可见光谱、sRGB 和 DCI-P3 的 RGB 色域对比图
真正的 QLED 电视，显示屏必须包含足够数量的量子点
随着业界对量子点技术的关注不断升温，各类标榜“量子点”的电视产品纷纷涌入市场。然而，并非所有打着量子点标签的电视都具备同等的画质表现力。首尔大学化学与生物工程系特聘教授 Taeghwan Hyeon 表示：“所谓量子点电视，其本质要求是必须利用量子限域效应，最基本的标准就是用量子点来创造色彩。”
若要被认定为是真正的量子点电视，量子点材料必须作为核心的光转换材料，或是主要的发光材料。对于光转换型量子点，显示屏必须有包含足够数量的量子点，才能有效吸收并转换背光单元发出的蓝光。三星 QLED 使用的量子点材料浓度超过 3000 ppm，屏幕上所有的红光和绿光，100% 都由量子点生成。
三星无镉量子点技术真正开辟了量子点商业化之路
20 世纪 80 年代，量子点开始引起科学界的关注。2004 年，首尔大学化学与生物工程系特聘教授 Taeghwan Hyeon 在学术期刊《自然・材料》上发表了一种可规模化量产的方法，被广泛视为该行业潜在的变革性突破。
然而，这些努力并未立即促成量子点的商业化应用。当时量子点严重依赖镉作为核心材料，而镉是一种已知对人体有害的物质，被欧盟《有害物质限制指令》（RoHS）列为受限材料。
能够可靠地用于生产量子点的材料只有硒化镉（CdSe）和磷化铟（InP），传统量子点材料硒化镉，因其性能稳定且能在相对低温下制备高质量纳米晶体而长期受学术界青睐，在量子点合成中使用镉一直被视为学术标准。与镉基量子点相比，磷化铟基量子点本身就不稳定，合成难度也更大，纳米晶体合成缺陷概率高。
但三星选择了一条“零妥协”的道路。
三星电子视觉显示事业部高级显示实验室负责人 Sanghyun Sohn 表示：“我们从 2001 年起就开始研究和开发量子点技术。早在当时，我们就判定对人体有害的镉不适合用于商业化。虽然一些国家的技术法规允许电子产品中镉含量最高不超过 100ppm，但三星从一开始就采取了零镉政策。不含镉，零妥协 —— 这就是我们的战略。在消费者安全问题上，绝无妥协余地。”
2014 年，三星成功研发出全球首款无镉量子点材料，为确保耐用性和图像质量，三星引入了三层保护涂层技术，使磷化铟纳米颗粒免受氧气和光线等外部因素的影响。次年，三星推出了全球首款采用无镉量子点的商用 SUHD 电视。
最初，磷化铟基量子点只能达到镉基量子点性能的 80% 左右。然而，通过三星深度研发，成功将性能提升至 100%，并确保了 10 年以上的可靠性。
首尔大学化学与生物工程系特聘教授 Taeghwan Hyeon 坦言：“实验室技术开发已属不易，但商业化需要付出完全不同量级的努力以确保产品稳定性和色彩一致性。三星成功实现无镉量子点显示产品商业化，令我深受震撼。”
三星树立量子点技术行业标准，并引领学术界研究趋势转变
量子点的光学特性正被广泛应用于诸多领域，而量子点显示技术仍是迄今为止研究最为活跃、商业化最为成功的应用 —— 三星正是该领域的开拓者。
基于多年的基础研究以及 SUHD 电视的创新，三星于 2017 年推出了 QLED 电视，为高端显示屏树立了新标杆。2022 年，三星进一步突破，发布了全球首款将量子点与 OLED 结构相结合的 QD-OLED 电视。
▲ LCD、QLED 与 QD-OLED 结构对比
QD-OLED 是新一代显示技术，它将量子点集成到 OLED 的自发光结构中，实现了更快的响应时间、更深邃的黑场和更高的对比度。2023 年，三星 QD-OLED 荣获全球最大显示技术组织国际信息显示学会（SID）颁发的“年度最佳显示奖”。
三星不仅凭借其磷化铟基量子点电视引领市场，而且还是唯一一家成功将量子点集成到 OLED 中并实现商业化的公司。
“三星量子点电视发布前后，学术界的研究趋势发生了显著转变，”韩国科学技术院化学与生物分子工程系教授 Doh Chang Lee 指出，“自产品问世后，学术界讨论重点更多转向实际应用而非材料本身，这反映出通过显示技术实现现实应用的潜力。”
首尔大学化学与生物工程系特聘教授 Taeghwan Hyeon 还表示，三星量子点电视的成功商业化，为 Bawendi、Brus 和 Yekimov 荣获 2023 年诺贝尔化学奖铺平了道路。他说：“诺贝尔奖最重要的评选标准之一，就是该技术通过商业化对人类所做出的贡献程度。三星 QLED 代表了纳米技术领域最重要的成就之一。如果没有实现商业化，量子点很难获得诺贝尔奖的认可。”
三星正在重新定义量子点的应用可能性，开创显示技术的新未来
自 QLED 电视问世以来，三星加速推动了量子点技术在产学研各界的发展。学术界预测显示技术的未来将发生重大变革 —— 电致发光材料可使器件组件微型化，从而满足虚拟现实与增强现实所需的高分辨率、高效率与高亮度。三星未来的目标是开发出可通过电致发光自主发光的量子点，即通过注入电能产生三原色。此外，三星还在研发蓝色量子点。
三星电子视觉显示事业部高级显示实验室负责人 Sanghyun Sohn 总结道：“理想的显示屏应是观众浑然不觉其存在的显示屏，我们的终极目标是打造与现实无异的体验。作为量子点显示技术的创新引领者，我们将继续自豪前行。”
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