QLED發展演進：材料世界網

葉翰政／工研院材化所

量子點發光二極體(QLED)因擁有不錯的發光效率與色彩純度，被認為是理想的大面積平面顯示器技術。雖然量子點擁有良好的光致發光量子效率(PLQY)，但如何有效地轉換成良好之電致發光(EL)的元件表現還是面臨到很多的挑戰。因此提升量子點發光二極體的可靠性是非常重要的。

【內文精選】

前　言

量子點(Quantum Dot; QD)擁有不錯的發光量子效率(Quantum Yield; QY)，加上可以藉由電致發光(Electroluminescence; EL)或以光致發光(Photoluminescence; PL)的方式來放光，因此不論是以類似有機發光二極體(OLED)的結構來製作元件（量子點發光二極體(Quantum-Dot Light-Emitting Diode; QLED)），或是取代螢光粉與無機發光二極體(LED)搭配放光，量子點被認為有很好的發展潛能，相關研究也如雨後春筍般地爆發，QLED甚至被譽為是下一個接棒OLED的顯示技術。量子點是半導體奈米顆粒，又稱為奈米晶體(Nanocrystals)，其擁有較窄的放光光譜半高寬(Full-Width at Half-Maximum; FWHM)，應用在平面顯示器面板上可以得到色純度較飽和的顏色，提升顯示器的演色性(Color Rendering Index; CRI)（圖一）。

圖一、量子點有較窄的放光光譜，可以得到色純度較高的顏色，提升整體演色性

量子點的能隙(Energy Gap)與量子點的粒徑大小有關，量子點粒徑越小，侷限效應越強，量子點的能隙則會越大。因此，相同材料但不同粒徑尺寸的量子點，可以發出不同顏色的光。量子點經由合成反應時間來調整顆粒尺寸大小，藉此改變光色。粒徑較大的量子點會發出紅光，而粒徑較小的量子點則是發出藍光。例如：CdSe的量子點粒徑在10 nm時發出紅光，粒徑5 nm時發出綠光，而粒徑2 nm時則發出藍光。

QLED發展演進

3. 有機材料作為QLED電荷傳輸層

2002年，麻省理工學院的Coe與Bawendi等人發表利用小分子有機材料作為QLED的有機傳輸層材料，從圖四中可以看到，此元件把OLED的結構設計概念導入，並以分層方式製作。圖四(a)的元件結構因電洞跑太快導致QLED有電子傳輸層Alq₃的放光；在圖四(b)結構設計加入TAZ作為電洞阻擋層，調整電子與電洞的傳輸平衡，因此可以看出調整過後的QLED元件發光主要是以量子點為主，只有少許有機材料放光。QLED在亮度2,000 nits的元件效率為1.6 cd/A，是當時QLED效率的世界紀錄。從此之後，有許多使用有機的電子與電洞傳輸材料製作QLED之研究。

8. 近期QLED文獻回顧

QLED經過這二十幾年的發展，在紅光、綠光、藍光(RGB)三色都有不錯的元件表現。其中紅光量子點為浙江大學彭笑剛教授團隊發表EQE為20.5%的紅光QLED元件，元件表現很好，已經跟AMOLED差不多了。其QLED元件結構使用傳統正結構來製作—ITO/PEDOT/Poly-TPD/PVK/QD/PMMA/ZnO/Ag，因ZnO會導致QLED元件電子傳輸太快，所以添加PMMA來降低電子傳輸能力，使得電子與電洞的傳輸較為平衡，讓激子可以在量子點放光，有助於元件效率的提升（圖八）。

綠光量子點為NanoPhotonica與佛羅里達大學一同發表的綠光QLED元件，QLED元件表現為82 cd/A、79.8 lm/W、EQE 21%。其QLED元件結構使用傳統正結構來製作—ITO/PEDOT/TFB/ZnCdSeS/PMMA/ZnO NPs/Al（圖九），添加PMMA來降低ZnO電子傳輸太快，使得電子與電洞的傳輸較為平衡，讓激子可以在量子點放光，提升QLED的元件表現，其中QLED元件的半衰壽命(LT50)可達10萬小時（起始亮度L₀為100 nits，亮度從100 nits退到50 nits所經過的時間）。

藍光量子點為中國科學院發表的藍光QLED元件，QLED元件表現為14.1 cd/A、EQE 19.8%，EL放光Peak為468 nm，CIE座標(0.136, 0.078)。其QLED元件結構使用傳統正結構來製作—ITO/PEDOT/PVK/QD/ZnO/Al（圖十），量子點使用厚殼層的結構，厚殼層量子點的PLQY比薄殼好，電子傳輸層選擇小尺寸的ZnO奈米粒子，電洞注入與傳輸層使用Organic/Polymer的結構…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。