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材料世界網第 514 期電子報  
 
 
 
 
從Nanotech 2011/新機能材料展看奈米壓印、OLED相關材料與生質材料發展近況
 
     
 

Nanotech 2011 已於2月中旬在日本國際展示場舉行,此次展會同時間展出的還有新機能材料展、Nano bio expo 2011、Printable electronics 2011、國際先端表面技術展、表面處理材料總合展、Interaqua 2011、Convertech Japan 2011和環境電池展等。另外,會場還安排有3天的研討會課程與各家廠商的展覽品說明會,介紹其相關技術。本文將以奈米壓印(Nanoimprint)、有機發光二極體(OLED)與生質材料(Biomass material)等相關主題的參觀心得為主,透過本文可以概略掌握2011年Nanotech展中主要廠商的新產品動態。

Nanoimprint 相關材料
一、奈米壓印樹脂材料
 在會場中共有Daicel Chemical industries、東京應化、完善石油化學等三家廠商展示適合用於奈米壓印的樹脂材料。Daicel Chemical industries展示可UV硬化的環狀環氧高分子樹脂。此樹脂除了具高透明與高折射率(1.50-1.54)外,樹脂中添加入易脫模的添加劑,製程中除了可直接在樹脂上進行壓印外,也可選擇將模仁壓印在樹脂的同時進行溶液去除,在完成定型的動作後,再使用UV硬化製程完成硬化(如下圖所示)。由於此製程的可行性,使樹脂的製程模仁不需要透明,而可利用非透明的金屬或PDMS模仁進行。且此樹脂可溶於適當的溶劑中,例如Toluene、cyclohexane、THF,而增加製程中的rework動作或是模具清潔的方便性。


                         上圖:Daicel Chemical industries 奈米壓印光學樹脂製程圖

完善石油化學公司在會場中展示兩種奈米壓印樹脂,分別為熱硬化與UV硬化樹脂。其熱硬化樹脂為高穿透度 (TT>90%)、高折射率(RI=1.56)與低吸水性(<0.01%)的樹脂,同時又可達到耐高溫(>150℃)與耐蝕刻性。而其UV硬化樹脂則除了具有相同的耐蝕刻性外,耐溫性更高 (>180℃),折射率可達1.67,且硬化收縮率很低(0.5%)。

東京應化公司在會場展示出三種奈米壓印樹脂材料,兩種為UV硬化樹脂,此材料具有很高的穿透度(TT>99%)與耐熱性,在250℃、250min下,整體穿透度仍能>98%;另一種含矽的UV硬化樹脂除了有良好的耐熱性質外,具良好的耐蝕刻性,可擴大此樹脂材料的製程使用範圍。第三種樹脂則是可於室溫條件下進行---《本文節錄自材料世界網「材料最前線」專欄,更多資料請點選more 瀏覽 》

 

 
 


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 白光有機發光元件技術
 
     
 

OLED 的顏色可調控性很大,在演色性的控制上也比其他光源出色,尤其當磷光有機發光材料被應用在OLED 元件中,使元件內部的量子發光效率有機會從最高25%提升至100% 後,利用磷光材料製作具有高發光效率和高操作穩定性之白光OLED 光源將是技術發展的重點。磷光材料的導入、光取出技術的研發,以及高載子傳輸能力有機材料的開發,使得OLED 的發光效率有顯著的提升。有鑑於此,美國能源部已將實現OLED 發光效率150 lm/W 的目標,開發時程從先前的2025 年大幅提前到2012年。因此,未來白光OLED 有機會成為新一代的照明光源。

提升白光OLED 效率
目前所發表的OLED 發光效率普遍在40~70 lm/W ,然而根據理論的推算, OLED的發光效率可達到200 lm/W 的潛力,代表OLED 在提升發光效率的技術上仍有許多成長的空間。若要提升OLED 的發光效率,可從:1.增加有效激發子生成率、2.降低操作電壓、3.提升光取出效率等三方面著手。
1.提升有效激發子生成率
美國普林斯頓大學的Baldo 和Forrest 教授等人在1998 年發現三重態磷光可以在室溫下被利用。透過具有重金屬原子(例如Ir 、Pt 、Os 等)的有機金屬錯合物,強烈的自旋軌域偶合作用(Spin-orbital Coupling),造成單重激發態與三重激發態的能階互相混合,使得原本被禁止的三重態與單重態之間的能量轉移得以發生,三重激發態的電子以釋放磷光的形式回到單重基態。所以使用含有重金屬的磷光有機材料,有機會讓OLED 元件的內部量子效率達到100% 。
(1) 全磷光OLED 元件
近年來,許多高發光效率白光OLED 的發表,皆採用全磷光有機材料製作而成。例如日本城戶實驗室於2008 年透過藍色磷光材料(FIrpic)和黃色磷光材料(PQ2Ir)在操作亮度1,000 cd/m2 下,發光效率可達44 lm/W 、操作電壓為3.84 V 、色度座標為(0.335, 0.396)和演色性指數為68。除了使用磷光有機材料外,在元件的設計上也導入具有高三重態能階的電洞和電子傳輸材料,其作用能有效地將激發子侷限在發光層中,如此可縮減發光層的厚度,以得到較低的操作電壓。

右圖:混合型螢光/ 磷光OLED 元件發光機制示意圖
(2) 堆疊式混合型螢光/ 磷光OLED 元件
透過堆疊式元件架構可以簡化混合型螢光/ 磷光OLED 元件的製程,分別將螢光材料與磷光材料製作於不同的---《本文節錄自「工業材料雜誌」293期,更多資料請點選more 瀏覽》

 

 
 


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綠能產業與技術-鋰電池與LED照明研討會
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