面板廠積極發展廣色域面板相關技術，其中三星、友達力推量子點(Quantum Dot; QD)，市場預估量子點電視的出貨量會由2017年的5百萬台增加至2020年的5千萬台，預估收益106億美元，前景看好。鎘系量子點顯示器雖然表現亮眼，但是鎘對人體及環境的危害是不容忽視的。尤其是當三星推出無鎘量子點顯示器後，各家競爭者為了取得優勢定會加速開發無鎘技術。
本文將從以下大綱，分別針對磷化銦(InP)和鈣鈦礦(Perovskite)兩種無鎘量子點劣勢的本質原因和研究現況進行分析。此外，混搭窄波寬螢光粉和無鎘量子點膜也是實現廣色域無鎘顯示器一個不錯的選擇。
‧前言
‧鎘系量子點顯示技術的瓶頸和轉機
‧顯示用無鎘量子點
1. 磷化銦(InP)量子點
2. 鈣鈦礦(Perovskite)量子點
‧無鎘背光架構優化
‧結論
【內文精選】
前言
顯示面板的規格由4K2K高解析度的要求，進一步提升到追求高色彩飽和度，亦即廣色域(Wide Color Gamut)顯示技術。雖然目前廣色域面板的主要應用市場是智慧型手機，且以有機電激發光顯示器(Organic Electroluminescence Display; OELD)為主流技術；但是，大尺寸的顯示器如電視等應用，預期到了2020年將增至86%，特別是高規格的電競及專業設計用的顯示器市場起飛尤其迅速，主要是因為這些應用領域對高品質顯示的需求甚殷，市場潛力高。因此面板廠都積極發展廣色域面板相關技術，其中三星、友達力推量子點(Quantum Dot; QD)技術，市場預估量子點電視的出貨量會由2017年的5百萬台增加至2020年的5千萬台，預估收益106億美元，前景看好。
顯示用無鎘量子點
目前較成熟的無鎘量子點包括磷化銦(InP)、鈣鈦礦(Perovskite)及硫化銅銦(CuInS2)量子點。以光電表現而論，前兩者較有機會應用於顯示領域，將於下文作介紹。圖一為以溶液法合成之CdSe、InP、Perovskite三種量子點可調控的發光波長範圍。
2. 鈣鈦礦(Perovskite)量子點
鈣鈦礦量子點典型的組成是ABX3，其中A代表Cs (Cesium)、MA (Methylammonium)或是FA (Formamidinium)，B代表金屬陽離子（Pb、Sn），X則是鹵素陰離子（Cl、Br及I）。有機-無機混合的鈣鈦礦量子點適用於太陽能電池；而全無機的鈣鈦礦量子點則因為內在缺陷不會形成捕陷態位(Trap State)，擁有極佳的光學特性，可用於液晶顯示器背光。圖七顯示一般量子點與鈣鈦礦量子點能帶結構(Band Structure)的比較。
圖七、一般量子點與鈣鈦礦量子點能帶結構的比較
鈣鈦礦量子點的優點包括：①材料可以輕易地透過溶液製程形成結晶薄膜；②簡單地調整鹵素成分，其發光波長即可涵蓋可見光；③激發光的色純度和粒子大小無關。特別是CH3NH3PbBr3或CsPbBr3，即使粒徑分布寬依然能達到半波寬小於20 nm，高效率的綠光，特別適合用於廣色域顯示器。
目前商業化量產鈣鈦礦量子點膜的廠商並不多見。瑞士Avantama在2018年發表CsPbBr3鈣鈦礦量子點膜，主要訴求除了無鎘之外，在價格上也很有競爭力。因為鈣鈦礦量子點不需要包覆無機殼層也可以達到高量子效率和穩定性，同時吸收光的能力較CdSe或InP高出三倍以上，相對用量可以較少。圖八為Avantama發表的LCD用背光膜架構及鈣鈦礦量子點膜；表二為該公司針對數種量子點膜之優/劣勢比較，但表中並未提及可靠度相關數據。
雖然鈣鈦礦量子點具有光電特性佳及量子效率高等優點，但它的穩定性不足是急待解決的問題。原因是因為鈣鈦礦量子點的生成能(Formation Energy)低，大約0.1~0.3 eV，這使它很適合進行溶液製程加工，但也附帶地對外在壓力，例如溼度、熱、光、電場等非常敏感。有機-無機混合的鈣鈦礦量子點因為有機陽離子（MA、EA、FA）而觸發降解反應，CsPbBr3量子點則對氧氣、溼氣、光和溫度都很敏感（圖九），在LED的照射下，由於量子效率下降，很快地會由綠色轉變為…...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖九、CsPbBr3量子點在不同照光能量密度下可能的降解路徑
作者：劉怡君／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」378期，更多資料請見下方附檔。