量子點發光造就「可撓曲式OLEDs」
102/07/24
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黃承揚｜
英商牛津儀器
綠色環保照明是近幾年重要的課題，有機發光二極體(organic light emitting diodes,OLEDs)正是重要發展項目之一。然由於有機材料總有壽命與產品穩定性問題，讓OLEDs的應用總是受限；而近年來因奈米量子化無機鎘硒材料(cadmium selenium,CdSe)融入OLEDs的製程應用，讓OLEDs有了新突破與發展，我們稱它為混合型OLED(hybrid OLEDs)，或是量子點發光二極體(quantum dot LEDs,QD-LEDs)。
量子點(Quantum dot) 是由數十個的原子所構成之準零維度(quasi-zero-dimensional)奈米材料。由於量子點3個維度的尺寸都在100nm以下，其內部電子在各方向上的運動都受到局限，量子局限效應(quantum confinement effect)特別顯著；加上比表面積很大，大部分原子都在表面，因此表面未鍵結電子很多，活性很高，是具有高效能之量子效率。因為這些特性，不同組成及大小的量子點，放光波長也會不同，例如：5nm CdSe發出紅光，但是相同材料1.5nm卻發出紫光，且它的發光強度比傳統有機螢光物質高10倍以上，同時放光波長譜帶(~30 nm)較傳統有機材料窄，綜合以上優點，量子點應用於OLED發光顯示再適合也不過了。
有機發光二極體屬於電激發光元件(Electroluminescence)，發光機制類似LED，差別只在於OLEDs是使用有機材料來達成光電轉換，將電子傳輸層( Electron Transport Layer,ETL )、電洞傳輸層( Hole Transport Layer,HTL )，和發光材料層( Emitting Material Layer,EML )結合，藉由加入的偏壓將電子激發，當降回到基態時，多餘的能量以光波形式釋出，這就是OLEDs的基本發光原理。然而，有機材料有其先天的弱點：熱穩定性差、使用壽命不長、有機材料的光電轉換效率不及無機奈米量子點。科學家們乃積極將CdSe量子點導入OLEDs當中，以提升發光效率，同時實現全彩化顯示的目標。
2013年6月路易斯維爾(Louisville)大學的Delaina Amos教授研發團隊，其將奈米量子點導入OLED發光層當中，利用噴墨列印技術(inkjet printing)，將5nm的CdSe量子點均勻噴印在主動發光層內，如同三明治結構夾在電子傳導層與電洞傳導層之間，提升發光亮度與效應。更令人興奮的是噴印技術即可製作OLED，完全有別於傳統真空真鍍的高成本與複雜製程，也讓OLED能以低成本方式，實現在可撓曲的基板材料，例如：PC、PET等塑膠材料上。
近年來LCD液晶顯示器隨著價格下降，民眾接受度越來越高，已把笨重的CRT淘汰出局，而OLED是不折不扣的後進者，然其要與LCD競爭市場仍有好長一段路要走；藉由奈米量子點提升OLED的發光效率與亮度，噴墨製程將OLED與塑膠基板相結合，就能生産可卷曲的OLED 顯示器，這些都是LCD無法超越的優點。專業人士都認為未來十年，QD-LEDs將是顯示領域最熱門的創新，有潛力改寫目前平面顯示器的性能。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）
責任編輯：楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系
