施偉志、李政穎 / 工研院材化所
Micro LED有高亮度、高解析和高對比等特色，被視為下世代的顯示技術，但仍存在未成熟的生產技術阻礙其產品發展。量子點光色轉換(QDCC)技術有比OLED更高的色飽和與光色均勻，工研院材料與化工研究所看好光色轉換膜在顯示技術的應用，著手研究墨水噴印在量子點光色轉換膜製造技術，所開發的無溶劑型量子點墨水已克服墨水噴塗黏度與表面張力的限制，並且建立噴墨材料驗證平台與製程整合，加速國內廠商於原物料及技術的發展。
【內文精選】
量子點墨水材料應用於Micro LED顯示器
Micro LED顯示器由於其高亮度、高解析度、高對比度、快速響應、長壽命等許多優點，被認為是最有前途的未來顯示技術之一。要實現RGB全彩Micro LED顯示器技術，目前有兩種可能的解決方案：第一種方法中，每個像素包含一組紅、綠和藍色Micro LED晶片，這些RGB晶片通過巨量轉移組裝在同一基板上，在進入大規模生產之前，這些R/G/B-Micro LED晶片還有一些重要的問題需要解決，如巨量轉移的準確性和效率尚待提高，除此之外，還存在RGB Micro LED三色元件發光強度不一的問題，紅色Micro LED晶片的外部量子效率相對較低，為全彩Micro LED顯示器面臨最大的挑戰。
QDCC量子點光色轉膜有兩種主流的圖案化手法，即微影製程(Photolithography)和噴墨印刷製程(Ink-jet Printing; IJP)。微影製程方法(圖五)是一種製作QDCC成熟的工藝，具有高均勻性、高解析度和大面積等特點，但大量的材料浪費是其商業化的主要缺點，特別是對於大尺寸顯示屏而言。
圖五、RGB量子點光色轉換層(QDCC)微影製程流程
量子點噴印墨水材料
量子點色轉換墨水中包含QD量子點材料、光擴散粒子，再將其分散於低蒸發率(高沸點)溶劑或高分子單體/寡聚物。溶劑型系統使用低蒸發率(高沸點)溶劑或混合溶劑，來避免印刷過程中的墨水蒸發，而非溶劑型系統大多數單體和寡聚物是各具不同功能性的丙烯酸酯。其間各個重要的元素都影響著量子點色轉換材料的特性及效率。此外，為了配製成可噴塗之墨水，其墨水黏度及表面張力亦是必須調控的參數之一。因此為了要開發出一個出色的量子點色轉換材料，必須整合各個條件參數來調製一個平衡且具高效率的配方。
1. QD的角色
量子點在墨水中是作為光色轉換最重要的角色之一。量子點材料本質敏感且易於氧化，且周圍化學環境變化會改變量子點本身能階，進而導致發光特性改變(波長、效率等)。量子點以奈米粒子形態存在於墨水中，其分散性相當重要，如果分散不好會造成團簇聚集，將會影響其在量子點色轉換薄膜之外部量子效率(External Quantum Efficiency; EQE)及光學密度(Optical Density; OD)，也會影響噴墨時穩定性，因此量子點表面配位基團的種類以及各種表面改質技術成為了量子點分散的重要關鍵之一。目前文獻上手法以針對量子點材質本身進行表面配位基的特別設計，或是加入分散劑來達到量子點的分散效果。
2. 光擴散粒子
因量子點粒子尺寸約20 nm左右，粒徑遠低於可見光波長，因此具有高穿透性，為了提高光轉換系統光學密度，需要增加光在QD光色轉換材料中的光路徑，且讓光子可以在量子點轉換材料的系統內被有效地使用。引入光擴散劑是必要的，這也是近年來重要的技術課題之一。為了達到最好的性質，擴散粒子折射率需大於1.7以上，粒徑大小約200~400 nm的材料為最佳，一般最為廣用的光擴散劑以二氧化鈦或二氧化矽奈米粒子為主，不同粒徑大小的二氧化鈦奈米粒子在系統內造成的光擴散效應不同，因此適當的粒徑大小也是調控光擴散劑的參數之一。另外，由於光擴散劑也是以奈米粒子分布於墨水系統中，因此其分散的狀況也與量子點的分散同等重要，一般來說，二氧化鈦表面官能基的改質為主要的解決方法，另外也可以利用物理性的混和技術來達到一定程度的分散。
結 論
針對量子點噴印墨水材料的發展以及量子點光色轉換層運用於新世代Micro LED顯示器的潛力，工研院材料與化工研究所致力於奈米粒子改質、包覆及分散，開發無溶劑型量子點噴印墨水配方(圖七)，並進行噴塗驗證及光色轉換效率驗證 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、工研院開發之低黏度無溶劑UV Cure型QD墨水
★本文節錄自《工業材料雜誌》449期，更多資料請見下方附檔。