量子点的结构及基础原理是什么？

　　2013年，索尼公布了Bravia电视新技术“特丽魅彩（TRILUMINOS）”，这是一项应用于液晶电视中发光板部分的新技术。它可以让液晶电视屏幕显示的色域覆盖率达到NTSC标准的111.97%。但是关于这项技术的原理究竟是什么，和传统用芯片来模拟广色域的显示效果又有何不同呢？***网站T客邦最近刊登了一篇文章，就对这项技术进行了科普。
　　不依靠多色 LED，不同直径的量子点给你精准的颜色
　　背光一直是LCD萤幕不可或缺的一环，良好的背光以及频谱表现基本上就决定了1片LCD面板的好坏。目前市面上的蓝光LED＋黄色萤光粉的发光模式，虽可让人感觉到白光，不过缺乏红光和绿光使得混色较为困难。现在有种量子点科技可让蓝光精准的转换为红光和绿光……
　　量子点的结构及基础原理
　　一般而言，我们把长宽高皆在100奈米（约几个原子的大小）以下的材料称之为量子点或是奈米粒子（题外话：只有1维在100奈米以下称为量子井（奈米薄膜）、只有2维在100奈米以下称之为奈米线（奈米棒）），因为尺寸小的缘故，表面积和体积比起来相当大，作用快速，而且表面未链结电子也越多，活性越强。
　　若是将材料制成量子点的大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与电洞结合后就会放出光；而后又发现，发出光的能量强度（波长）和量子点的大小成正比，越小的量子点所发出的能量越高、波长越短，越大的量子点发出的能量越低、波长越长（蓝移现象）。
　　这种状况称为量子局限效应，一般来说当材料尺寸很大时，电子能阶之间距离小（能隙小），可以用古典力学的方式解释。但是当材料很小时，诸如量子点的尺寸，其电子的能隙就会比较大，从而表现出与大尺度材料截然不同的特性。如矽本身为间接能隙，电子和电洞结合时不发光，但若切割至量子点的大小，矽将会变成直接能隙，通电后就会发光。
　　
　　不同直径的量子点在紫外线的照射下呈现出不同的颜色。（图片取自维基百科）
　　藉由尺寸改变发光频率
　　无论你看不看得懂前面那一段，只需记住量子点直径越小、激发后的光波长越小（偏蓝），直径越大、激发后的光波长越长（偏红），由此特性我们就可以控制量子点大小，发出蓝、绿、红3种颜色光。更进一步的说，如果我们能够混合不同直径的量子点材料，甚至可以制造出类似太阳光、自然光那种连续光谱的光，或许未来有天能够完全取代目前的人造光源光谱不连续的现象。
　　
　　量子点大小和波长的关系，（图片取自Nanosys）
　　3家厂商竞争制造
　　尺寸这么小的半导体材料制造困难，每年能够制造出几公斤的材料就已经是相当了不起的成就，而经常采用的材料为硒化镉CdSe、氧化锌ZnO，以蓝色LED光源照射在量子点上产生绿色和红色光。整合量子点至LCD面板中目前有3种方式，第一种就是直接以量子点取代黄色萤光粉，直接和蓝光LED封装在一起（On-Chip）；第二种就是放在已经真空处理的玻璃管内，将玻璃管配置在背光源和面板之间（On-Edge）；第三种就是直接做出1片含有量子点的薄膜，取代目前LCD面板里的扩散膜（On-Surface）。
　　世界上发展量子点技术的公司大致上可分为3家：Nanoco、Nanosys、QD Vision，Nanosys已经和3M合作制造出On-Surface的产品，称为QDEF（Quantum Dot Enhancement Film），由3M的保护材质上下夹着量子点材料，避免环境的影响导致QDEF的使用寿命减少，外传Apple也将在iPhone 6的面板中使用QDEF的技术。QD Vision则是商业化应用较为快速，已经在Sony新一代电视中采用On-Edge的方式整合（有TRILUMINOS Display字样的型号）。
　　
　　QDEF可取代LCD内部扩散膜的功能，以及将蓝光转换为绿光以及红光。（图片取自Nanosys）
　　量子点除了当作萤光粉使用外，也可制作成OLED和 QLED，就看未来能不能大量量产和降低价格，赶快取代目前悲剧的W-LED。