交通大學色彩工程暨有機光電實驗室簡介                       By 陳俐吟 副教授

Introduction to NCTU Color engineering and organic optoelectronic Lab

有機光電材料輕薄短小、軟性可撓、材料多變，可以應用於各式光電元件，包含有機發光二極體（Organic Light Emitting Diodes）、有機太陽能電池(Organic Solar Cells)、有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistors)等。我們相當幸運的身處於有機半導體光電元件研究極為迅速的年代，見證了有機發光二極體從實驗室中的前瞻研究主題，轉變成為日常生活中可見的手機、電視螢幕等消費型產品。色彩工程則是一門能將我們感覺到的色彩量化應用於日常生活中的學問，協助我們設計出符合生理、心理需求的發光元件，包含顯示器、照明燈源等日常生活不可或缺的重要產品。這兩個主題都是本實驗室相當感興趣的研究方向，我們除了與國內外化學領域學者合作共同開發具優異載子傳輸特性與光物理特性之有機光電材料外，同時結合自行發展之色彩轉換技術開發具成本競爭力與高功能性的照明應用元件。除此之外，我們亦使用色彩工程技術開發具有高度產業應用價值的色彩轉換材料：耐高溫的玻璃螢光體，可做為高功率發光元件中的色彩轉換層，根據元件的色彩需求調整組成呈現不同光色，可應用於LED、雷射車燈、高功率雷射投影機、甚至是搭配高功率雷射二極體實現可見光通訊等。我們亦與體感劇場設備開發商合作，投入沉浸式體驗產品的色彩與視覺評估技術。以下簡介近幾年來本實驗室的重要研究成果。

一、結構簡單、可變色溫之白光有機二極體元件

 本研究開發出一具有雙極性載子傳輸特性且具較低最低未被占據分子能階(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)之藍光螢光材料，搭配常用的電洞傳輸 層TAPC形成激發複合體(exciplex)，再加上TAPC本身的電致雙體(electromer)發光，實現一結構簡單且可變色溫的白光元件，色溫範圍為2600K-4500K，演色性達80-84(圖一)，符合一般室內照明需求，具有極高的產業應用潛力[i]。

圖一、(左)白光OLED元件結構與材料能階圖；(右)元件於不同操作電壓下的光色表現

二、色度與演色性符合各式照明空間需求之玻璃螢光體

 本研究立基於對玻璃螢光體在光學特性、光學模型與製程技術等相關研究，成功以單一配方(含螢光粉種類、螢光粉濃度、玻璃體種類與相關製程)實現色度符合各式照明空間需求之玻璃螢光體，組立成為白光LED後相關色溫涵蓋4200K至7740K，演色性指標涵蓋83至90(圖二)，能符合大多數的照明色溫需求並同時提供高演色性的照明品質，在量產上亦具有低成本的優勢[ii]。

                                    圖二、(左)應用玻璃螢光體組立而成的白光LED光色表現；(右)白光LED的色彩與效率表
參考資料

 [i] L.-Y. Chen*, Y.-J. Shiu ,Y.-J. Wu, W.-Y. Huang (2020, Jan), Simple structured color tunable white organic light-emitting diodes utilizing an ambipolar anthracene derivative with low-lying LUMO, Organic Electronics, 76, 105454.

[ii] L.-Y. Chen*, J.-K. Chang, W.-C. Cheng, J.-C. Huang, Y.-C. Huang, W.-H.Cheng, (2015, Jul). Chromaticity tailorable glass-based phosphor-converted white light-emitting diodes with high color rendering index. Optics Express, 23, A1024-A1029.