量子點材料技術及其在平面顯示器的應用

 

刊登日期:2015/6/5
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量子點材料技術
硒化鎘(CdSe)是目前最廣泛使用的量子點材料,因為CdSe/ZnS(硫化鋅)量子點具有高量子效率、高穩定性(核-殼結構)及激發光範圍幾乎涵蓋整個可見光區域等優點。2001年Peng團隊用較穩定的氧化鎘(CdO)作為材料來取代有劇毒且高活性容易爆炸的二甲基鎘(Cd(CH3)2),使得以鎘(Cd)為材料的量子點研究能夠加速發展。量子點合成傳統方法是利用核-殼(Core-Shell)的合成方式,在反應過程中,必須隨時觀察並且量測激發光波段來控制粒徑大小及光色,當到達所需的粒徑大小時,將溶液冷卻至室溫,便可停止核(Core)的生長,之後再利用注入量及溫度來控制需要長幾層殼,進行殼(Shell)的合成,以達到最優化且穩定的產物。此法的缺點在於需要隨時觀察光色之變化,避免核成長過大導致顏色紅位移(Red-shift)。

近幾年來,許多研究致力於改變傳統核-殼的合成方式,其中很受注目的是將核利用合金(Alloy)的方式來製備。此種合成法主要是控制加入起始材料的劑量比例來調控光色,不需要持續觀察激發光波段來調控粒徑大小,可以直接在同一鍋反應下得到穩定的產物,因此能夠簡易且大量製備所需的量子點產物。

量子點在平面顯示器的應用
1. 液晶顯示器(LCD)
量子點在LCD的應用目前主要是提升LCD的色彩表現,達到廣色域的目標。方法是將目前YAG螢光粉白光LED改為以藍光LED激發紅、綠量子點。因為量子點的發光光譜對稱性高,近乎高斯分佈,其半高寬(Full Width at Half Maximum; FWHM)可窄至20~35 nm,因此,可以輸出很窄的RGB光譜,其發光波長也能配合彩色濾光片的穿透波峰做調整,形成大的色域(Color Gamut)面積,擴大顯示器所能表示的顏色範圍。

QDEF膜中含有兩種不同尺寸的量子點,一種是3 nm,發出中心波長約540 nm(FWHM約30 nm)的綠光,以及另一種尺寸約7 nm,發出中心波長約615 nm(FWHM約40 nm)的紅光,藍光LED的中心波長則為440~460 nm(FWHM約15 nm),由此RGB三色光組合成白光光源,可達到廣色域LCD的要求(圖八)。另外,因On-surface的設計量子點光學膜離LED光源較遠,受到高溫和高光通量等的負面效應較輕,現階段至少可達到20,000~30,000小時的壽命。

2. 高分子分散型液晶顯示器
PDLC是將液晶與預聚物相混合,經過聚合反應,形成微米級的液晶微滴均勻地分散在高分子網絡中。在無外加電壓的情形下,液晶微粒的光軸散亂,其有效折射率與高分子的折射率不匹配,因此入射光線被散射,薄膜呈不透明或半透明狀。當施加電壓後,液晶的光軸垂直於薄膜表面排列,其折射率與聚合物的折射率匹配,無明顯介面,因此,入射光不會發生散射,薄膜呈透明狀。在外加電場的驅動下,PDLC具備光開關特性。


圖十、PDLC 作動原理(a)無施加電壓;(b)施加電壓

3. QD-LED
於1994年問世的QD-LED,是利用量子點電致發光(EL)的特性,在透明顯示器、NIR顯示器、可撓曲顯示器、超薄顯示器、主動式全彩顯示等領域都有其應用潛力。其優點包括……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖十三、Type-II QD-LED(a)架構;(b)能帶圖

作者:劉怡君、王聖為 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」342期,更多資料請見下方附檔。


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