新型显示技术 : 无镉厚壳层量子点式有机发光二极管

近年来手机、电视、平板与手表等电子产品不断推陈出新,其显示屏皆期望可达高分辨率、高色彩饱和度、耗电量低且可弯曲等优势。因量子点具高量子效率、半高宽较窄之优势,故非常适合应用于背光显示屏之应用、背光显示屏可藉光激放光(Photoluminescence)或电激放光(Electroluminescence)两种模式,故分成白光发光二极管(WLED)与有机发光二极管(OLED)皆两种背光显示,目前白光发光二极管之应用已相当广泛,可应用于照明及背光显示器,相比于白光发光二极管,有机发光二极管近年亦愈来愈受重视,有机发光二极管由电洞注入层(HIL)、电洞传输层(HTL)、发光层(EL)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)与阴极(anode)阳极(cathode)所组成,科学家可藉各层材料之能阶匹配,达到最佳之效率表现装置,以发光层之选择为例,传统有机发光二极管发光层以有机发光材料为主,但因有机发光材料稳定性及寿命皆不如无机发光材料,且光谱较宽,故量子点之出现确实创造有机发光二极管新之契机,量子点式有机发光二极管 研究近年来已逐渐发展为商用产品,相比目前之显示器技术,量子点式有机发光二极管装置具半高宽窄及放光位置可调性与稳定性高等优点,搭配装置具高色纯度与广色域之优势,相当具未来发展性。

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此研究着重在可取代镉系列之无镉磷化铟量子点并将其应用于发光二极管。过去量子点之研究主要集中于含镉之量子点(CdSe)材料,但因含镉材料不适用绿色环保之全球趋势,近年来无镉量子点如磷化铟(InP)与铜铟硫(CuInS2)之研究也逐渐受到重视,目前市售之核壳量子点,壳层厚度约2至5个单分子层(monolayers),粒径约为3~7奈米,这类量子点应用于电激发放光(EL)装置时常会产生一些非辐射缓解之能量转移,造成量子点式有机发光二极管装置效能低落,常见之问题为量子点之俄歇复合(Auger recombination)现象,当载子注入量子点发光层后,随电流增加会于量子点中产生多个激子,若壳层过薄或颗粒尺寸太小,激子间产生碰撞机率提高,故造成俄歇复合,电子电洞无法有效结合,导致装置效率低落。另一现象为荧光共振能量转移(FRET),因量子点间距离太接近,量子点间将产生能量共振转移现象,造成量子效率下降,又因量子点旋涂成发光薄膜后于有机发光二极管时,量子点将形成紧密堆积之薄膜结构,能量转移之现象更为明显,为装置效能低落之另一重要因素。台湾大学化学系刘如熹老师课题组采用一锅合成法之方式制备厚壳层磷化铟量子点,藉加厚壳层提升稳定性并减少非辐射缓解之能量转移,将此厚壳层量子点搭配中国南方科技大学陈树明老师课题组进行量子点式有机发光二极管装置制备。此无镉厚壳层磷化铟量子点式有机发光二极管装置可达发光强度大于10000 cd/m2,电流效率可达4.4 cd/A与功率效率4.32 lm/w之结果,此结果为目前无镉系列装置之最佳结果。相关论文在线发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201603962)上第一作者为台湾大学化学系博士生王宏嘉与中国南方科技大学研究员张衡。