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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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讓綠光材料發出藍光 突破壽命瓶頸

撰文/陳玉鳳 攝影/黃鼎翔

工研院研發「OLED表面電漿耦合增益技術」,成功利用金屬-有機-金屬(Double Metal Layer; DML)結構產生平面型電漿耦合效應,將綠光材料的發光頻譜轉換為藍光,突破有機藍色發光材料壽命太短的瓶頸,有助於推動白光OLED照明產業化。

發光柔和、接近自然光、適合大面積等,這些特性讓OLED被視為新世代照明技術的希望所寄。美國能源部(DOE)預測在2020年,OLED照明的成本、效率與壽命指標將與LED無分軒輊。然而在OLED領域最受期待的白光OLED,卻存在著一個長久以來的難題──白光OLED目前主要採用的有機發光藍光磷材料的壽命太短。

藍光磷材料具有效率高的優點,但是壽命卻僅有數百個小時,非常不利於商業化推廣;多年來國內外各家公司及單位投入龐大研發心力,卻總是無法找到理想解決方案。然而,這個讓大家束手無策的問題,卻因為工研院的「藍光一現」,找到了釜底抽薪的解決之道,也就是不使用任何藍光材料,而是運用技術讓綠光材料成為藍光來源。

物理驗證 重現藍光瞬間

「這實在是一次美麗的偶然,我們是在進行綠光材料的發光結構實驗時,發現綠光材料居然發出了不可能的藍光。」工研院綠能與環境研究所先進照明關鍵技術研究室經理陳世溥談起當初的機緣巧合,眉間仍有驚喜之色。「我們驚覺這或許就是改變白光OLED命運的一大契機,因為綠光材料的壽命較藍光長了許多。」

於是,在陳世溥及綠能所先進照明關鍵技術研究室專案經理李中裕的帶領下,加上中研院暨工研院院士林耕華、工研院前任副院長曲新生和現任所長胡耀祖的鼓勵及督促,研發團隊投入龐大的研究心力,催生了「OLED表面電漿耦合增益技術」,重現當初那一瞬間的藍光。

「為了建立再現性,我們進行了物理原理驗證,設計綠光材料的特殊結構,不斷調整參數,終於找到並歸納出當初綠光材料發出藍光的原因及方法。」李中裕強調,「過去許多方法都是採用化學途徑,卻總是無法突破,但我們採用物理思維來解釋現象,才促成了這次突破。」由於工研院研究團隊的成員背景跨越物理、材料、光電、化學等領域,多元的思考造就了發展突破。

PCOLED利用DML結構產生平面型電漿耦合效應(Plasmon-Coupled),能將綠光材料的發光頻譜轉換為藍光,白光OLED就能利用綠光材料來取代傳統藍光材料層,不但壽命太短的問題得以解決,甚至比傳統OLED壽命延長達20倍之多。

提升效率 擴大應用範圍

在效率方面,透過持續研發及元件優化,DML藍光發光效率已能超越現有藍光螢光材料及大部分已知藍光磷光材料的水準,可達到35cd/A。OLED DML 白光技術經過驗證後,可發出演色性(CRI)達77、色溫2039 K的白光,能被用做室內照明使用,且工研院已成功點亮10 cmx10 cm大面積白光模組。

目前工研院團隊已就相關技術於臺灣、德國、美國及中國大陸申請專利,並與民間業者合作,進一步掌握OLED關鍵材料以及製程技術,向產業化邁進。工研院的PCOLED技術促成發光效率更高、材料壽命更長、成本更低的OLED,可望進一步導入車用、穿戴式裝置、醫療、商場、廣告、高階室內照明等相關領域的應用普及。

工研院研發「OLED表面電漿耦合增益技術」,將綠光材料的發光頻譜轉換為藍光,突破有機藍色發光材料壽命太短的瓶頸。
工研院研發「OLED表面電漿耦合增益技術」,將綠光材料的發光頻譜轉換為藍光,突破有機藍色發光材料壽命太短的瓶頸。



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