7573a807d7590d2540ca6b1359496e48 背光一直是LCD螢幕不可或缺的,良好的背光以及頻譜表現基本上就決定了1LCD面板的好壞。目前市面上的藍光LED+黃色螢光粉的發光模式,雖可讓人感覺到白光,不過缺乏紅光和綠光使得混色較為困難。現在有種量子點科技可讓藍光精準的轉換為紅光和綠光……

量子點的結構及基礎原理

一般而言,我們把長寬高皆在100奈米(約幾個原子的大小)以下的材料稱之為量子點或是奈米粒子(題外話:只有1維在100奈米以下稱為量子井(奈米薄膜)、只有2維在100奈米以下稱之為奈米線(奈米棒)),因為尺寸小的緣故,表面積和體積比起來相當大,作用快速,而且表面未鏈結電子也越多,活性越強。

若是將材料製成量子點的大小,則電子容易受到激發而改變能階,與電洞結合後就會放出光;而後又發現,發出光的能量強度(波長)和量子點的大小成正比,越小的量子點所發出的能量越高、波長越短,越大的量子點發出的能量越低、波長越長(藍移現象)。

這種狀況稱為量子侷限效應,一般來說當材料尺寸很大時,電子能階之間距離小(能隙小),可以用古典力學的方式解釋。但是當材料很小時,諸如量子點的尺寸,其電子的能隙就會比較大,從而表現出與大尺度材料截然不同的特性。如矽本身為間接能隙,電子和電洞結合時不發光,但若切割至量子點的大小,矽將會變成直接能隙,通電後就會發光。


▲不同直徑的量子點在紫外線的照射下呈現出不同的顏色。(圖片取自維基百科)

藉由尺寸改變發光頻率

無論你看不看得懂前面那一段,只需記住量子點直徑越小、激發後的光波長越小(偏藍),直徑越大、激發後的光波長越長(偏紅),由此特性我們就可以控制量子點大小,發出藍、綠、紅3種顏色光。更進一步的說,如果我們能夠混合不同直徑的量子點材料,甚至可以製造出類似太陽光、自然光那種連續光譜的光,或許未來有天能夠完全取代目前的人造光源光譜不連續的現象。


▲量子點大小和波長的關係,(圖片取自Nanosys)

3家廠商競爭製造

尺寸這麼小的半導體材料製造困難,每年能夠製造出幾公斤的材料就已經是相當了不起的成就,而經常採用的材料為硒化鎘CdSe、氧化鋅ZnO,以藍色LED光源照射在量子點上產生綠色和紅色光。整合量子點至LCD面板中目前有3種方式,第一種就是直接以量子點取代黃色螢光粉,直接和藍光LED封裝在一起(On-Chip);第二種就是放在已經真空處理的玻璃管內,將玻璃管配置在背光源和面板之間(On-Edge);第三種就是直接做出1片含有量子點的薄膜,取代目前LCD面板裡的擴散膜(On-Surface)。

世界上發展量子點技術的公司大致上可分為3家:Nanoco、Nanosys、QD Vision,Nanosys已經和3M合作製造出On-Surface的產品,稱為QDEF(Quantum Dot Enhancement Film),由3M的保護材質上下夾著量子點材料,避免環境的影響導致QDEF的使用壽命減少,外傳Apple也將在iPhone 6的面板中使用QDEF的技術。QD Vision則是商業化應用較為快速,已經在Sony新一代電視中採用On-Edge的方式整合(有TRILUMINOS Display字樣的型號)。


▲QDEF可取代LCD內部擴散膜的功能,以及將藍光轉換為綠光以及紅光。(圖片取自Nanosys)

量子點除了當作螢光粉使用外,也可製作成OLED和 QLED,就看未來能不能大量量產和降低價格,趕快取代目前悲劇的W-LED。

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