李政穎 / 工研院材化所
量子點(QD)有良好的光致發光量子效率(PLQY)，可適用於各種光源，被視為理想的光色轉換層材料。近期，因噴墨印刷(IJP)製程具可大面積化、可免去金屬遮罩或光罩、高材料使用率等優點，成為眾多廠商發展的焦點。將噴墨印刷製程運用於量子點光色轉換膜層，在下世代顯示器QD-OLED、QDCC-Mini/ Micro LED、QNED及EL-QD更具應用發展潛力。
【內文精選】
前 言
QD在顯示設備中的廣泛探索應用是QD Enhanced薄膜(QDEF)配備背光，藉由藍光背光源激發已混合的紅光及綠光量子點材料產生白光，且量子點具有較高的色轉換效率以及較窄的放光半高寬(Full Width at Half Maximum; FWHM)，因此相較於傳統單純使用彩色濾光片，具有較廣的色域與較純的色度，但目前生產的LCD仍然需要額外的偏振器並通過濾色器(CF)，依然浪費三分之二的入色光源。量子點作為光色轉換材料，不僅可用於背光作為QDEF，也可以作為量子點彩色濾光片(Quantum Dot Color Conversion; QDCC)採用，QDCC層可以應用於任何包含藍光光源的顯示器，包括LCD、OLED和Mini/Micro LED(圖一)，並且可以根據特徵和尺寸要求，使用黃光顯影或噴墨印刷技術進行製造，使圖案化的量子點可以在子像素級將藍光轉換為紅色和綠色，較QDEF更具技術優勢。
圖一、QDCC於顯示器的應用
高光色轉換材料 — 量子點簡介
量子點是指尺寸奈米等級直徑的晶體，常見的量子點為由元素週期表中IV、III-V族、II-VI或IV-VI族元素所組成的奈米級半導體粒子，例如硒化鋅(ZnSe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鎘(CdSe)、硫化鎘(CdS)、硒化鉛(PbSe)、硫化鉛(PbS)、砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)等材料，由於尺寸都不大於其對應的半導體材料之激子波爾半徑的兩倍，電子受限於量子尺度，所以會有量子拘限效應(Quantum Confinement Effect)、量子尺寸效應(Quantum Size Effect)、表面效應(Surface Effect)等，造成量子點與傳統半導體材料的特性迥然不同。由於電子電洞對被拘限於量子內，QD已失去塊材(Bulk)的特性，電子於量子點內的能帶(Energy Band)發生量子化，也就是說電子結構由連續能帶轉變成分開的能階，並形成能隙(Band Gap)，QD材料藉由晶粒大小改變，即可改變其材料的能隙，使得其量子點可調整所發出的光色。
噴墨列印簡介
1. 用於工業印刷的噴墨技術
噴墨技術的分類基本上可分為兩大類：①連續式噴墨(Continuous Inkjet; CIJ)，②控制式噴墨(Drop Demand Inkjet; DOD)，每個分類內都有其變體。顧名思義，連續噴墨技術從打印頭連續噴射墨滴，然後將這些液滴作為印刷液滴引導到基材上，或者引導到收集器以進行再循環和再利用；而控制式噴墨技術僅在需要時才從打印頭噴射墨滴。
2. IJP噴墨印刷製造技術在下世代顯示器的應用
噴墨印刷製程具可大面積化、可免去金屬遮罩或光罩、高材料使用率，且同一套噴墨印刷設備可用於製造不同的尺寸面板，在大氣環境下即可生產，無需昂貴的真空設備，所需材料及設備成本較低是IJP的優勢。有別於於傳統發光元件的製程技術，例如LED的半導體製程、OLED和QLED的蒸鍍及溶液製程，噴墨印刷製程技術適合客製化與利基型顯示面板產品的生產。近幾年來噴墨印刷製程技術的需求開始擴大，日本JOLED公司於2017年宣稱成功量產IJP OLED(以噴印的方式量產OLED內堆疊多層可溶解性有機材料)，IJP製程技術在發光元件獲得了驗證。
新世代面板設計朝向高解析、高色飽和度、少量多樣客製化與利基型顯示器發展，看好IJP-量子點光色轉換層在下世代顯示器運用，工研院材料與化工研究所也致力於IJP QDCC的相關材料研究與製程開發。材化所利用IJP噴墨技術製作R/G-QDCC量子點光色轉換層(圖八)，搭配藍光Mini LED，整合完成全彩QDCC自發光元件。藉由建立IJP噴墨材料驗證平台與製程整合，透過驗證平台噴塗量子點及高折射取光填平等材料，評估材料特性及可行性，同時鏈結國內材料、設備、面板整合廠商與終端場域業者，發展高附加價值創新應用---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、工研院材化所利用IJP機台噴印QDCC量子點光色轉換層
★本文節錄自《工業材料雜誌》430期，更多資料請見下方附檔。