【尖端科技】先別說液晶顯示器了，你聽過量子點顯示器嗎？

■我們都希望顯示器顯示出來的色彩鮮豔繽紛，更接近真實，量子點會是解答嗎？

撰文｜方程毅

從低頭族賴以為生的手機、平板電腦，工作或唸書需要的電腦螢幕乃至於沙發馬鈴薯最愛的50吋超大螢幕。顯示器在我們生活中已經是不可或缺的必需品，而對於顯示器的品質也越來越講究。「跟真的一樣」已不再只是業者宣傳的口號，而是一個有機會實現的夢想，量子點(Quantum dot)或許就是實現這個夢想的解答。

目前一般的顯示器主要是液晶顯示器(Liquid Crystal Display，縮寫：LCD)。液晶顯示器工作原理是利用一整面白光背光板，在背光板上面放上可以過濾光線的液晶分子，液晶分子會因為外加電場旋轉，當旋轉到某個角度時光便無法通過，此時該畫素(pixel)看起來就是黑色。透過控制電壓可以使液晶分子旋轉角度產生變化，進而調整每一個畫素的亮度。而在每一個畫素上都會有不同的彩色濾光片(RGB，即紅綠藍)，白光通過液晶分子之後會再通過這些彩色濾光片，通過紅色的濾光片即產生紅光，綠光及藍光道理亦同。由於紅綠藍為三原色，因此藉由調整不同畫素的亮度以調整三原色的比例便可產生各種不同的顏色。但由於是「濾光」，因此在過程中損失掉的能量相當多，背光板必須要提供夠強的白光才能讓最後到達我們眼睛的影像夠亮夠清楚。更尤甚者，這種濾光的機制濾出來的光並不「純」，因為綠光會有一部分漏到紅光去，藍光漏到綠光，其他顏色亦然。舉例來說，原本希望看到純的紅光就會變得有一點橘色，「這樣我們就無法看到真正紅色的玫瑰或蘋果了。」任職於3M的尼爾森(Eric Nelson)博士表示。

因此，「產生光」取代「濾光」便是量子點最特別之處。今年(2014)八月在美國化學協會(American Chemical Society ，縮寫ACS)第128屆National Meeting & Exposition上，尼爾森博士便代表3M發表演說，揭示量子點在顯示器領域上的突破及發展。所謂的量子點便是將材料做到極小的尺寸，當材料尺寸縮到約10-50奈米時，這些量子點在光線照射下便會產生不同顏色的光。尺寸不同的量子點會具有特定能階，特定能階對應不同能量的光子，不同能量的光子也就對應不同的波長而產生特定的顏色。相較於液晶顯示器，量子點顯示器的背光板由藍光取代白光，當藍光照射到量子點上時便產生對應顏色的光。量子點的優勢在於就算同一種材料，但只要尺寸不同，發出的光波長也不同，因此製造時只需針對特定材料進行優化，而不用對付各種不同的材料。目前常用的材料為硫化鎘(CdS)，硒化鎘(CdSe)，碲化鎘(CdTe)等等。

3M將這種顯示器命名為quantum dot enhancement film (QDEF)。尼爾森博士表示由於QDEF是利用量子點產生光，而非用濾光片濾光，因此背光板的需要的光強度較弱，相較於傳統液晶顯示器更省電，同時也延長電池的壽命。但量子點也有許多問題尚待克服，相較於液晶顯示器，量子點較容易因為接觸水氣或空氣而喪失功效，因此如何徹底隔絕空氣便是量子點是否能與液晶顯示器競爭的關鍵之一。尼爾森博士表示3M將量子點鑲嵌在環氧樹酯膠(epoxy glue)中，再利用高分子進行封裝，使其看起來有點類似一層塑膠膜，可以有效隔絕決空氣及水氣，同時也防止重金屬外漏。

這種新穎的量子點顯示器在未來應用上最大的對手便是鼎鼎大名的有機發光二極體(organic light-emitting diodes，縮寫：OLEDs)，投入資源開發有機發光二極體最積極的不是別人，正是韓國的三星(Samsung)。尼爾森博士表示有機發光二極體並不是利用整面的背光板促使量子點發光，而是需要許多獨立的發光單元，因而提升了製造成本。雖然現今量子點顯示器的製備成本還是很高，但尼爾森博士樂觀的表示，隨著科技的進步與規模化的量產，量子點顯示器的成本必然會下降，期望未來有一天能夠取代目前主流的液晶顯示器。

參考資料：
1. http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=36857.php
2. http://www.pddnet.com/news/2014/08/quantum-dots-enhance-lcd-screen-colors
3. http://www.acs.org/content/acs/en/meetings/fall-2014.html

延伸閱讀：
量子點（Quantum Dots）
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作者：方程毅 科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。
責任編輯：Kerina Huang