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某科學の超電報

色彩呈現新技術,噴霧法製備完美顯色鈣鈦礦量子點

  • 量子點懸浮溶液,可調變不同鹵素成分,實現從深藍到紅外光光色的變化。圖/科技部提供

隨著顯示器技術的快速進步,由映像管電視、液晶螢幕顯示器、有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)至未來的 microLED ,呈現顯示技術的突破與進展。人類對色彩呈現的追求越來越高,因此在顯示科技上仍有許多可以突破的空間。

清華大學材料科學工程學系林皓武教授研究團隊成功研發領先全球的創新技術——「噴霧合成法製備完美顯色多彩鈣鈦礦量子點」。

對比過去以注入法合成之鈣鈦礦量子點的結晶性、穩定性與量子產率較差,使其在應用與量產上受到限制。林教授研究團隊,除了突破以往鈣鈦礦量子點結晶性差與不穩定性,噴霧製程還大幅增加了工業上大量合成的可能性。本技術日前已經成功取得台灣專利,也吸引韓國首爾大學、美國田納西大學等國際研究團隊主動合作交流。

研究團隊利用簡易且低成本的噴霧合成技術,開發出具有量子產率趨近於100%、高色純度高穩定度之鈣鈦礦量子點,其放光波長與頻寬符合下世代Rec.2020超廣色域規範,適合用於各顯示器技術;其獨特的光物理性質,更讓它們有機會實現室溫運行的量子計算。

此研究成果於2018年獲得國際知名期刊Advanced Materials報導,並得到背封面的重點特寫。圖/科技部提供

鈣鈦礦量子點調色方式

鈣鈦礦量子點只要透過改變組成成份即可調色,相較於三五族半導體量子點僅能透過篩選粒徑大小調整放光波長,鈣鈦礦量子點具有相當大的優勢。

在本研究中,清華大學林皓武教授研究團隊利用其研發出的噴霧合成法,將鈣鈦礦前驅物於反溶劑中析出產生奈米等級的鈣鈦礦晶體,再以離心方式分離並萃取粒徑大小較一致的鈣鈦礦量子點,此製程之鈣鈦礦量子點的光致發光量子產率在溶液中及固態薄膜皆可以達近100%。

透過調整鈣鈦礦的成分,生產出一系列由深藍色至近紅外光的放光,適合應用於microLED之色彩轉換層材料,以實現全彩均勻的完美顯示器技術;同時,利用鈣鈦礦量子點之高量子產率與高穩定性的特性,使其在室溫下能夠達到光子反聚束的特性,為理想的單光子源,增加了室溫運行量子計算之可行性,也減少了對超低溫系統的能耗依賴。

技術的實際應用

OLED電視。圖/wikimedia

OLED為目前最新的主動式發光顯示器技術,由於仍有壽命與耗能等問題,microLED之發展為勢在必行,不過 microLED 也具有許多問題需被克服,如巨量轉移、低色均勻度等。本研究中的鈣鈦礦量子點在RGB三種色光下,皆具有超高色純度與高量子產率,若將其與 microLED 結合,可以達到全色域、高純色與高穩定度之顯示器,並且有機會能夠解決microLED所面臨的問題。

此一技術已受到國際上相當程度的關注,然因本技術仍在研發階段,期盼後續能進一步推廣技術並與相關產業進行連結,希望未來能引進各領域前瞻技術進行跨領域產業結合,推動新穎光電科技與相關產業,以及推動技術產業化。

 

 

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