不依靠多色 LED，不同直徑的量子點給你精準的顏色

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。

延伸閱讀：

RGB-LED背光太貴？W-LED太遜！那麼GB-LED如何？

LCD 大拆解面板、背光完全分析：LED、IGZO、In-cell 是什麼？

螢幕面板怎麼挑？TN、MVA、IPS 各有什麼特色與優點

讓手機畫面更鮮艷的AMOLED螢幕顯示技術