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量子局限效應(Quantum confinement effect)
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❒ 量子局限效應的定義
材料的物理性質大部分是由電子與電洞所決定，例如「Debye長度」用來描述材料中電子與電子之間作用力的長度、「de Broglie波長」用來定義材料的粒子性質與波動性質，由於傳統三維空間的塊材(Bulk)尺寸遠大於上述這些電子與電洞的物理特徵長度，因此其物理性質可以使用古典物理學來解釋，但是當材料的尺寸小到100nm以下時，會與Debye長度及de Broglie波長很接近，因此會產生「量子局限效應(Quantum confinement effect)」，此時電子與電洞被局限在奈米材料內形成自組的穩定態，造成發光性質的改變。例如：矽塊材(Bulk)的能帶特性是屬於「間接能隙(Indirect bandgap)」，因此矽不會發光，但是奈米矽的能帶特性改變因此可以發光。
❒ 量子局限效應的現象
量子局限效應最明顯的特徵是奈米材料的尺寸愈小時，材料發光強度愈強，發光的波長愈短(藍色)，這個現象稱為「藍移(Blue shift)」。如＜圖一＞所示，不同顏色的光波長不同，所以光的波長就是顏色，在可見光中紅光的波長最長，綠光次之，藍光最短，換句話說，當奈米材料的尺寸大，發光強度較弱，顏色為紅光(波長最長)；當奈米材料的尺寸變小，發光強度變強，顏色為綠光(波長次之)；當奈米材料的尺寸更小，發光強度更強，顏色為藍光(波長最短)。
圖一 量子局限效應的「藍移(Blue shift)」。
資料來源：Tae-Ho Kim et al., Heterogeneous stacking of nanodot monolayers by dry pick-and-place transfer and its applications in quantum dot light-emitting diodes, Nature Communications, 06/11/2013。
❒ 量子局限效應的應用
➤量子點(QD：Quantum Dot)：量子點目前在產業介最重要的應用就是做為液晶顯示器的背光源，傳統以白色發光二極體(WLED)做為背光源的液晶電視(LCD-TV)市場已經成熟，在技術上也沒有太多可以改善的空間；雖然有機發光二極體電視(OLED-TV)產生的RGB三種顏色可以組合成更多的顏色，但是良率較低造成價格較高，短時間之內好像也無法全面推廣使用；而量子點電視(QD-TV)產生的RGB三種顏色可以組合成最多的顏色，而且並不需要修改太多液晶顯示器(LCD)的構造，的確是目前可行的方法之一。在可以預見的未來，我們家中的電視一定會愈來愈薄，畫面色彩愈來愈豐富，讓我們能夠在電視裡看到如同大自然一樣真實的畫面。
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