洪健彰、彭依濠、李明晉 / 工研院電光所
隨著顯示技術的不斷發展，量子點(QD)技術憑藉其出色的色彩表現力和能效優勢，在顯示領域逐漸占據一席之地。而量子點色轉換層技術則是一種提高顯示器色彩表現的關鍵技術。另一方面，噴印製程技術作為一種靈活、高精度的製造工藝，逐漸成為製作量子點色轉換層的理想方法。本文將詳細探討噴印製程技術、量子點色轉換層技術及噴印式量子點色轉換層技術的原理和應用。
【內文精選】
噴墨製程與噴墨頭種類介紹
噴墨列印製程(Ink Jet Printing Process)，是將數兆分之一極微量的材料溶液(以皮升(Pico Liter; pL)計，通常在1 pL~20 pL之間)，以每秒數百次以上的高頻率噴印在特定的區域或圖形上，然後將溶劑以真空乾燥、高溫烘烤等方式除去，形成所需要之製程乾燥薄膜的成膜技術。比起傳統的真空蒸鍍製程、旋轉塗佈製程，其材料利用效率大大地提升，且製程設備簡單、流程簡化，沒有Mask遮罩的製作與對位等問題，良率也可相對大幅度地提升，製作成本也相對大幅降低，是近幾年來噴墨列印製程受到矚目的主要原因。
量子點色轉換層技術介紹
量子點(Quantum Dots; QDs)是一種尺寸在數奈米範圍內的半導體顆粒，獨特的量子效應賦予其優異的光電特性。當量子點被激發時，會釋放出特定波長的光，且其發光波長取決於量子點的尺寸，因此成為色彩轉換技術中的理想材料。其光學特性源於量子局限效應，即量子點的尺寸越小，其能隙越大，所發射的光波長越短，顏色能從紅色逐漸變為藍色，這一特性使得量子點可以通過改變尺寸來調節發光顏色，從而實現全光譜的顯示效果。
量子點色轉換層CF/BM背板材料來源與製作
厚膜黑色矩陣(Black Matrix; BM)材料由工研院材料與化工研究所感光材料與應用研究室自行調配，BM材料首先佈滿在10 cm × 10 cm、厚度0.5 mm的康寧玻璃上，經過1,700 rpm、旋塗10秒後，再以110˚C軟烤10分鐘，之後進入黃光製程，曝光能量為405 nm、波段1,000 mJ/cm2，利用1%碳酸鈉進行顯影30秒後，最後再進行150˚C、60分鐘之硬烤，即可以得到厚度約8 μm之BM基板。彩色濾光片(Color Filter; CF)與厚膜BM之製作流程相同，CF-R材料也為工研院材化所調配之紅色濾光光阻式材料，首先先將CF-R材料整面塗佈在已做好Pattern的BM基板上，經過650 rpm、旋塗10秒後，再由100˚C軟烤2分鐘，之後進入黃光製程，曝光能量為405 nm、波段150 mJ/cm2，搭配BM層作為光罩之方式進行曝光，利用CD610(材化所開發之顯影液)進行顯影30秒，最後再進行150˚C、60分鐘之硬烤，即可以得到厚度約2.2 μm之CF背板。厚膜BM與CF製作流程如圖五所示。
圖五、厚膜BM與CF製作流程
BM/CF光阻結構製作分析結果
材化所透過在BM材料中加入感光添加劑和增加黏合劑，厚膜BM材料可以有效吸收底層的曝光能量。於製作完BM結構後進行白光干涉儀(WLI)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析的結果，如圖七所示，BM厚度為8 μm，且底部Under Cut程度亦小於6 μm的尺寸，在第二層的製程加入CF紅色光阻後，可以穩定地將Under Cut填補，畫素中心達2.2 μm的厚度，可有效阻隔在QD色轉換後可能會產生的藍光漏光現象。
圖七、BM與CF紅色光阻結構製作後之白光干涉儀與SEM分析結果
量子點噴印製程能力提升
於製作完BM與CF光阻結構，進行量子點噴印製程時，觀察到當QD墨水噴印到BM像素，QD墨滴會溢出到BM表面，影響QD噴墨列印過程的穩定性。如Sang Youn Lee在2023年於SID發表的文獻中所提到，噴墨和墨水表面特性之間的界面會影響噴印的精確度和QD層的厚度。該文中提及，與未處理的界面相比，用CF4等離子體處理表面，會產生更高的接觸角和表面能，從而提高噴墨列印的精度和均勻性。在本實驗中，也使用含氟化物的有機溶劑對BM表面進行了前處理。經過有機溶劑處理後，BM界面與水、QD溶劑PGMEA、QD墨水的接觸角分別增加了16.7%、8.23%、26.7% ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》455期，更多資料請見下方附檔。