2013-01-012024-05-14https://scholars.lib.ntu.edu.tw/handle/123456789/657688摘要：光電產業因全球市場顯著成長而備受注目，目前全球總產值已近四千億美元，而台灣近年來也有超過六百億美元的光電產值。因此，無論從全球市場需求或在地產業發展的角度來看，光電產業都扮演了極為重要的角色；其中尤以顯示科技、OLED及LED三者為要。2010年，全球顯示科技產業總產值已超過一千五百億美元，至2012年成長逾一千七百億美元。新型態顯示科技的出現除了因應龐大的市場需求，也與人類大腦處理視覺訊息居多有關。另一方面，從環境保護的角度來看，由於照明設備消耗整體能源約20%，相當於逾三千六百億美元的花費，同時也排放出大量的二氧化碳；因此，研發符合環保需求的節能技術至關重要。本計畫將側重於開發前瞻性顯示和照明技術，包括3D顯示及可攜式、具軟性可撓的OLED及LED。 在子計畫一中，我們提出具有新的發光機制的無稀土螢光材料，可以應用於製作白光LED。此螢光材料是利用低溫溶液製程，將半導體奈米材料與有機材料結合形成特定的奈米結構，利用奈米結構下所產生的特殊光學性質，此螢光材料可以在不需要使用稀土元素的條件下產生高亮度的白光。目前我們已經能夠結合紫外光LED，製作涵蓋與蠟蠋光色接近的2000 K左右的暖色系白光，至色溫5500 K以上純白光的螢光材料，此螢光材料的量子效率目前已經可以達到83%。此螢光材料除了能夠解決目前白光LED的色溫普遍偏高的問題之外，更提供了固態照明技術一種更環保、更低成本的高效率白光螢光材料。 另一方面，在我們自行設計的脈衝雷射沈積系統這部分，目前以成長氮化鎵薄膜於藍寶石基板為主，我們發現相較於其他脈衝雷射蒸鍍系統，本實驗室脈衝雷射蒸鍍系統所成長出來的氮化鎵薄膜極為平整，且其平整度和市售MOCVD或是MBE所成長的出來的氮化鎵薄膜相當接近；另外，我們也以結構分析儀器確認我們的氮化鎵薄膜成分比和其化學結構相同。最後，藉由後退火處理，我們可以大幅提升我們氮化鎵薄膜的結晶品質，使其結晶性和MBE成長出來的氮化鎵薄膜相同。 在子計畫二中，目前有機發光元件技術一項主要的技術課題在於如何有效將元件內部中之發光有效耦合出元件外部做有效利用，而目前已知或常見的增進OLED外部出光效率的技術多數仍侷限在僅能適用於單色光元件(而非白光元件)、需要昂貴複雜的top-down製程技術或基板結構或材質，因此與大面積光源應用的相容性仍低。在本研究中我們提出及發展將奈米顆粒散射膜整合到元件內部靠近發光區的作法，可有效將元件內部發光有效耦合出元件外部出光，此方法採溶液及塗佈製程，具有製程之簡易性/相容性以及大面積可應用性等優點。將此方法與結構應用在半穿透性雙面發光白光OLED中，在未搭配外部出光結構的作法下，此法可實現46 lm/W 流明效率及 33%量子效率，是目前所知在傳統基板上製作半穿透性雙面發光白光OLED中最高的效率。若將此法搭配外部出光結構，可進一步實現62 lm/W 流明效率及 46%量子效率之傳統基板半穿透性雙面發光白光OLED。此外在本研究中，我們也進一步證明及展現此法可廣泛應用於各種單色光、白光、透明、雙面發光、軟性可撓等各種OLED結構上，都能有效增進各OLED之外部出光效率。 在子計畫三中，本研究著重於利用阻抗分析，提供一個非侵入式的方法來研究有機發光二極體裡載子的傳遞、擴散以及劣化的物理機制。利用阻抗對電壓的特徵曲線，並有系統的改變有機發光二極體裡電子傳輸層的厚度以及改變陰極的材料，觀察其阻抗在元件導通前轉折的位置，可以有效的估算有機發光二極體裡陰極材料的擴散厚度。除此之外，也可以利用觀察阻抗在元件導通前轉折的位置，來分析元件在操作情況下劣化的情形。從實驗的結果來看，造成元件劣化的原因有很多種因素，外來的因素包含了大氣環境下的的水氣或是氧氣，造成有機材料的反應，而排除外在環境的影響，內在的因素可能包含了電極材料的擴散，造成有機層裡非發光的復合區，或是在施加電場、電壓的情況下，造成有機材料的裂解。整體而言，我們提供了一種非侵入式的方式，能有效的分析有機發光二極體物理特性。 在子計畫四中，位影像對比(CIC)與系統影像對比(SCT)加以分離，引入灰階相關的同位影像對比，並應用於推導3D輝度與系統影像對比(SCT)的公式。該模型可作為3D量測的基礎，並可作為3D立體與裸眼3D立體顯示器硬體製作與檢驗的有價值參考。 最佳觀賞距離(OVD)是裸眼3D立體顯示器的重要參數，可以根據幾何方法加以推導，對於視差障壁式裸眼3D立體顯示器而言，其相關的參數包括：影像畫素週期與開口率、視差障壁週期與開口率等。另外也可以採取光線追跡的方式加以分析；在考慮玻璃折射率的情形下，此方法更可以得到接近實際的視角分析結果。我們藉由一個創新的量化評量方法分析光線分布，並且展示設計觀看位置(DEP)是位於一個環繞裸眼3D立體顯示器的圓弧上，這個結果也藉由比對光線追跡與實驗的結果證明是正確的。 關於雷射顯示器，光斑對比是重要的問題有待解決。藉由設計繞射光學元件以作為光束整形與限制入射場的相位分布範圍，我們將光斑對比由1.0033降低到 0.1658。 有機發光元件可以設計奈米光柵使其具有線性極化的出光，這樣的奈米光柵可以採用雷射干涉微影製程製作於玻璃背板，再於其上製作有機發光元件。此奈米光柵作為極化元件可以使400-700 nm的TM波通過，其極化特性可以透過模擬與實驗的方法加以分析，其極化率可高達93.4%，其模擬與實驗的結果可以驗證為正確。 在子計畫五中，在液晶顯示器上的背光模組中，有兩種以發光二極體(LED)為主的架構，可以將LED的點光源有效的轉換成平面顯示器用的平面光源：側向的光源排列方式和直下式的光源排列方式。側向的光源排列方式將光源放在光波導管的側面。光波導管利用微結構來改變光的前進方向並讓光互相交錯，來達成光源分布均勻。直下式的光源排列方式相對簡單，並不需要波導管，僅須在光源上方放置光學反光片與散光片，因此可以有效利用光源，達到節能目的。但是其厚度卻是遠大於側向的光源排列方式，通常大於20 mm，無法使用在一般產品上。所以在本報告中，我們先利用可變間距匹配法來計算自由曲面的形狀來達成均勻散光的目的。 <br> Abstract: Photonics had attracted significant attentions for its significantly growing market globally. The overall photonics revenue worldwide is near 400 billion US dollars. Taiwan also has over 60 billion US-dollar photonics revenue over recent years. Thus photonics are very important in terms of both global demands and domestic industries in Taiwan. In the huge photonics market, display, OLED and LED are the most important areas. The overall display revenue worldwide is over 150 billion US dollars in 2010 and grew to over 170 billion US dollars in 2012. The reason for the large demand is because the brain of human beings handles mostly the visional signals, so many new types of displays emerge. On the other hand, in the view of environmental protection, lighting has consumed about 20% of the total energy, which takes up over 360 billion US dollars and causes large amount of CO2 emission. Hence, energy-saving lighting devices are very important for environment-protection purposes. Therefore, this project will have new display and lighting technologies as the focuses, including the three-dimensional (3D) displays, portable, soft & flexible displays, OLED and LED. The project is divided to 5 subprojects related to 3D displays, portable, soft & flexible displays, OLED, and LED for lighting. The subprojects are described as follows: The subproject-1 (led by PI Ching-Fuh Lin) mainly focuses on the development of advanced technologies for innovative structure of LED, set up of pulsed laser deposition (PLD) and white light LED phosphor-used materials. The subproject-2 (led by PI Chung-Chih Wu) mainly focuses on the development of materials, devices, and technologies for advanced OLED displays, OLED lighting, thin-film transistors, flexible electronics and displays etc. The subproject-3 (led by PI Chih-I. Wu) focused on the investigations of carrier transport and turn-on voltages in OLEDs via impedance characteristics. It provides a non-destructive method to investigate the physical properties in OLEDs. This subproject-4 (led by PI Prof. Hoang-Yan Lin) mainly focuses on the development of novel optical elements, and technologies for advanced OLED displays and lighting, and 3D displays. The subproject-5 (led by PI Guo-Dung Su) mainly focuses on the freeform surface construction for LED backlight and lighting devices.發光二極體白光發光二極體有機發光二極體固態照明脈光雷射蒸鍍系統阻抗電子傳輸層3D顯示立體顯示裸眼立體顯示最佳觀賞距離同位影像對比系統影像對比背光模組自由曲面形狀異質微透鏡LEDWLEDOLEDsolid-state lightingPulsed laser deposition (PLD)impedanceelectron transport layers (ETLs)3D displaystereoscopic displayautostereoscopic displayoptimal viewing distance (OVD)co-location image contrast (CIC)system crossta