2023年，諾貝爾化學獎授予在量子點的發現與合成領域取得成就的科學家。諾貝爾獎委員會表彰了該領域科學家的開創性成果，并指出量子點技術已為顯示產業和醫療產業做出重大貢獻，且預計將在電子器件、量子通信以及太陽能電池等領域擁有更廣泛的應用前景。
量子點是一種超微細的半導體顆粒，其發光顏色會隨著顆粒大小變化而改變，進而呈現出極其純凈和鮮艷的色彩。作為全球領先的電視制造商，三星電子將這一尖端材料應用于顯示技術中，以全面提升畫質表現。
量子點納米晶體的研發引領顯示技術邁向新時代
量子點是一種納米級的半導體晶體，具有獨特的電學和光學特性。其尺寸以納米（nm）為單位衡量（1納米等于十億分之一米），粒子直徑僅為人類發絲厚度的幾千分之一。
當半導體顆粒被縮小到納米尺度，其能級結構會被量子化，也就是說，只能以離散的狀態存在，這種現象被稱為量子限域效應。在這一尺度下，通過調節顆粒尺寸即可控制對應的發光顏色。粒子越小，其發光波長越短，顏色就從紅向藍偏移。換句話說，量子點納米晶體的顏色是由其尺寸決定的。
三星量子點薄膜具備卓越的色彩表現、發光效率與耐用性
量子點在太陽能電池、光催化、醫學和量子計算等多個領域備受關注。然而，率先將這一技術成功實現商業化的，卻是顯示行業。三星電子視覺顯示事業部高級顯示實驗室負責人Sanghyun Sohn指出：“三星專注于量子點的一個重要原因，是它們發射光譜的峰值極窄，這種窄帶寬和強熒光特性，使量子點成為精準還原各種色彩的理想材料。”
▲ 量子點通過納米級別的控光水平，產生超純凈的紅、綠、藍（RGB）三原色，其光譜帶寬窄且熒光強度高。
為了在顯示技術中充分發揮量子點的優勢，所采用的材料與結構必須能夠在嚴苛條件下長時間維持優異性能。三星QLED通過引入量子點薄膜實現了這一點。一款量子點膜若要實現商業化，必須滿足若干關鍵要求，例如高效的光轉換能力與良好的透光性。
三星QLED顯示屏所使用的量子點薄膜，是通過將量子點溶液加入高溫加熱的聚合物基底中，均勻鋪展成薄膜后進行固化而制成的。盡管面臨諸多挑戰，三星依然突破了技術壁壘，三星的量子點薄膜能夠實現精準的色彩表現和卓越的發光效率，同時還具備行業領先的耐用性。
亮度通常以尼特為單位來衡量，一尼特相當于一支蠟燭的亮度，傳統LED屏幕大約能達到500尼特，而三星的量子點顯示屏可達到2000尼特甚至更高，使畫質體驗由此邁上全新臺階。通過引入量子點技術，三星顯著提升了顯示設備的亮度與色彩表現力，其QLED電視的色彩還原能力已超過DCI-P3色域的90%。
▲ 在CIE 1931色彩空間中，可見光譜、sRGB和DCI-P3的RGB色域對比圖
真正的QLED電視，顯示屏必須包含足夠數量的量子點
隨著業界對量子點技術的關注不斷升溫，各類標榜“量子點”的電視產品紛紛涌入市場。然而，并非所有打著量子點標簽的電視都具備同等的畫質表現力。首爾大學化學與生物工程系特聘教授Taeghwan Hyeon表示：“所謂量子點電視，其本質要求是必須利用量子限域效應，最基本的標準就是用量子點來創造色彩。”
若要被認定為是真正的量子點電視，量子點材料必須作為核心的光轉換材料，或是主要的發光材料。對于光轉換型量子點，顯示屏必須有包含足夠數量的量子點，才能有效吸收并轉換背光單元發出的藍光。三星QLED使用的量子點材料濃度超過3000 ppm，屏幕上所有的紅光和綠光，100%都由量子點生成。
三星無鎘量子點技術真正開辟了量子點商業化之路
20世紀80年代，量子點開始引起科學界的關注。2004年，首爾大學化學與生物工程系特聘教授Taeghwan Hyeon在學術期刊《自然·材料》上發表了一種可規模化量產的方法，被廣泛視為該行業潛在的變革性突破。
然而，這些努力并未立即促成量子點的商業化應用。當時量子點嚴重依賴鎘作為核心材料，而鎘是一種已知對人體有害的物質，被歐盟《有害物質限制指令》（RoHS）列為受限材料。
能夠可靠地用于生產量子點的材料只有硒化鎘（CdSe）和磷化銦（InP），傳統量子點材料硒化鎘，因其性能穩定且能在相對低溫下制備高質量納米晶體而長期受學術界青睞，在量子點合成中使用鎘一直被視為學術標準。與鎘基量子點相比，磷化銦基量子點本身就不穩定，合成難度也更大，納米晶體合成缺陷概率高。
但三星選擇了一條“零妥協”的道路。
三星電子視覺顯示事業部高級顯示實驗室負責人Sanghyun Sohn表示：“我們從2001年起就開始研究和開發量子點技術。早在當時，我們就判定對人體有害的鎘不適合用于商業化。雖然一些國家的技術法規允許電子產品中鎘含量最高不超過100ppm，但三星從一開始就采取了零鎘政策。不含鎘，零妥協——這就是我們的戰略。在消費者安全問題上，絕無妥協余地。”
2014年，三星成功研發出全球首款無鎘量子點材料，為確保耐用性和圖像質量，三星引入了三層保護涂層技術，使磷化銦納米顆粒免受氧氣和光線等外部因素的影響。次年，三星推出了全球首款采用無鎘量子點的商用SUHD電視。
最初，磷化銦基量子點只能達到鎘基量子點性能的80%左右。然而，通過三星深度研發，成功將性能提升至100%，并確保了10年以上的可靠性。
首爾大學化學與生物工程系特聘教授Taeghwan Hyeon坦言：“實驗室技術開發已屬不易，但商業化需要付出完全不同量級的努力以確保產品穩定性和色彩一致性。三星成功實現無鎘量子點顯示產品商業化，令我深受震撼。”
三星樹立量子點技術行業標準，并引領學術界研究趨勢轉變
量子點的光學特性正被廣泛應用于諸多領域，而量子點顯示技術仍是迄今為止研究最為活躍、商業化最為成功的應用——三星正是該領域的開拓者。
基于多年的基礎研究以及SUHD電視的創新，三星于2017年推出了QLED電視，為高端顯示屏樹立了新標桿。2022年，三星進一步突破，發布了全球首款將量子點與OLED結構相結合的QD-OLED電視。
▲LCD、QLED與QD-OLED結構對比
QD-OLED是新一代顯示技術，它將量子點集成到OLED的自發光結構中，實現了更快的響應時間、更深邃的黑場和更高的對比度。2023年，三星QD-OLED榮獲全球最大顯示技術組織國際信息顯示學會（SID）頒發的“年度最佳顯示獎”。
三星不僅憑借其磷化銦基量子點電視引領市場，而且還是唯一一家成功將量子點集成到OLED中并實現商業化的公司。
“三星量子點電視發布前后，學術界的研究趨勢發生了顯著轉變，”韓國科學技術院化學與生物分子工程系教授Doh Chang Lee指出，“自產品問世后，學術界討論重點更多轉向實際應用而非材料本身，這反映出通過顯示技術實現現實應用的潛力。”
首爾大學化學與生物工程系特聘教授Taeghwan Hyeon還表示，三星量子點電視的成功商業化，為Bawendi、Brus和Yekimov榮獲2023年諾貝爾化學獎鋪平了道路。他說：“諾貝爾獎最重要的評選標準之一，就是該技術通過商業化對人類所做出的貢獻程度。三星QLED代表了納米技術領域最重要的成就之一。如果沒有實現商業化，量子點很難獲得諾貝爾獎的認可。”
三星正在重新定義量子點的應用可能性，開創顯示技術的新未來
自QLED電視問世以來，三星加速推動了量子點技術在產學研各界的發展。學術界預測顯示技術的未來將發生重大變革——電致發光材料可使器件組件微型化，從而滿足虛擬現實與增強現實所需的高分辨率、高效率與高亮度。三星未來的目標是開發出可通過電致發光自主發光的量子點，即通過注入電能產生三原色。此外，三星還在研發藍色量子點。
三星電子視覺顯示事業部高級顯示實驗室負責人Sanghyun Sohn總結道：“理想的顯示屏應是觀眾渾然不覺其存在的顯示屏，我們的終極目標是打造與現實無異的體驗。作為量子點顯示技術的創新引領者，我們將繼續自豪前行。”
