白光LED應用於一般照明仍有一些問題亟待解決，其中之一是演色性(CRI)偏低。目前為止，白光LED演色性指數多在60~85之間，如有機會到達90或以上，LED之照明應用領域將會更為寬廣。利用單一LED光源激發不同晶粒大小之量子點，可產生各種色光，從紅、橙⋯到藍，類似彩虹光譜，量子點白光LED 因而有較高之CRI 。
量子點
量子點(Quantum Dot; QD)是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導體材料，由II-VI、III-V或IV-VI族元素組成。與一般塊狀半導體不同，量子點晶粒直徑大約只有2~10 nm，相當於10~50個原子之寬度。比喻說明，假設一量子點之直徑為5 nm，則4百萬個量子點串接之總寬度約20 mm，大小相當於一枚硬幣之直徑，由此可見其小。
量子點最大之特色是能量間隙隨晶粒大小而改變，晶粒愈大，能量間隙愈小，晶粒愈小，能量間隙愈大。換言之，量子點愈小，發光頻率愈「偏藍」，反之，量子點愈大，發光頻率愈「偏紅」。圖二為不同大小之量子點能階示意圖，與塊狀半導體情況相比，的確有極大的區別。
圖三為對應於0D（零維）量子點之相關家族：3D塊狀(Bulk)、2D量子井(Quantum Well)、1D量子線(Quantum Wire)外觀及吸收光譜示意圖。從圖中可知， 3D為連續性吸收光譜， 2D為階梯形連續性光譜，而0D及1D則是非連續性光譜。
非連續性能階之產生其實來自量子侷限效應(Quantum Confinement)。通常半導體被激發後產生之激發子(Excitons)，即電子/電洞對，視不同材料而定，常保持某種平均距離，稱為激發子波爾半徑(Exciton Bohr Radius)。塊狀半導體因晶體尺寸遠大於激發子波爾半徑，電子/電洞得以在較遠距離上自由分離，但如果晶體尺寸小於激發子波爾半徑，例如量子點晶粒，電子/電洞對只能侷限在近距離，能階不再是連續性。這就是所謂之量子侷限效應。
圖三、0D~3D 半導體及其吸收光譜示意圖
圖四、系列量子點產品之發光顏色由晶粒大小決定
常見之量子點主要成分有CdSe、ZnS、PbS、InP等。圖五為1993年Murray 等人藉由高溫裂解有機金屬前驅物二甲基鎘(Me2Cd)，合成溶於有機相的CdSe 量子點，可視為早期合成量子點之基礎。不過，因為二甲基鎘為劇毒且在室溫下不安定，2001 年Peng 等人改用毒性較低且較穩定之氧化鎘(II)取代之。
量子點主要應用於生命科學、電子、光電、光學、太陽能等領域。根據市場研究機構BBC提出之報告，2008年市場銷售額約2,860萬美元，其中以生命科學應用占大宗。而值得重視的是，因為受到技術演進、市場牽引及跨國公司深度介入之影響，年複合成長率呈現高度之成長接近91%，預計2013年市場規模將達7億2,110萬美元。
量子點白光LED
白光LED 具有壽命長、耗電低、不污染等種種綠色環保相容特徵，如果能夠提升燈光之演色性，讓眼睛感覺舒服就像太陽光或白熾燈光一樣，相信很快就會被廣大消費者所接受，成為室內/ 室外照明燈主流。所以，比起傳統白光LED，量子點白光LED 有以下優點：(1)不需混合多種螢光粉，封裝製程簡單；(2)不需附加回授電路，節省成本；(3)高發光效率及高CRI。
量子點白光LED 產業已經逐漸進入萌芽期階段，競爭者無不想趁早在專利地圖上搶占一席之地。自從Nichia 之「LED +YAG 螢光粉」專利長期霸佔白光LED 市場後，相信很多人都在觀察下一波量子點白光LED 會不會出現另外一個「Nichia」，成為新專利「LED + 某某量子點螢光粉」的主人而造成新的壟斷？……詳細全文請見原文
作者：廖秋峰/國督光電科技(股)公司
★本文節錄自「工業材料雜誌276期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8229