光电所所讯

第四十五期 2009年8月刊

发行人：黄升龙所长　　编辑委员：蔡睿哲教授　　主编：林筱文　　发行日期：2009.08.06

～ 2009学年度光电所所学会会长自我介绍～

各位好，很荣幸今年能够奉献自己为光电所的老师以及同学服务。我是魏祥钧，目前升博三，隶属于苏国栋教授的实验室。进到台大光电所以来已经有快两年的时间了，对环境也慢慢地开始熟悉，我们有最优秀的师资也有着优秀的学生，同时我们也享有着全国最优渥的资源，所以致力于研究是大家一起努力的方向。当实验到深夜，鼻头不断冒出焦急的痘痘时，是否希望生活能够多一点乐趣还有消遣？当埋首在成堆期刊之中的时候，是否忽略了大自然的美好呢？所以，在这一年的任期中，我希望能够给同学偶尔增添一点生活上的娱乐。

很高兴我们有一位极富能力的副会长，容我在这里特别介绍一下。他是洪杰睿，目前升硕二，隶属于毛明华教授的实验室。他为人热心服务，富有责任心以及幽默感。我们有坚强的所办团队阵容，行政效率大家有目共睹，拉近大家的距离，不论是实验室之间还是行政人员和学生之间，将会是我们努力的方向。

当所讯和我邀自我介绍的稿子时，其实我一点头绪都没有，因为我并不是个杰出的人才，没有响亮的名号也没有亮眼的外表，也没有所谓的创新政见可以发表。但是唯一可以保证的，就是这一年我会随时在你的身旁服务，该有的活动会办给大家，人人为我我为人人！One for all, all for one.

～光电所2009年暑期大学生光电营花絮报导～

（时间：2009年7月15日至7月17日；地点：台湾大学博理馆及电机二馆）

【之一】

撰文：光电所博士班学生魏祥钧（新任所学会会长）

台湾光电产业蓬勃发展，不论在质在量都已是国际上不可或缺的角色，本着深耕播种的心，为了让更多有创意有理想的青年加入光电科技的领域，台大光电所每年都会举办暑期光电营。不论是精采的演讲、实验或是参观，都让参与的学生心到眼到手到口到，获益良多。

第一天的第一场开幕演讲由副所长林恭如教授为我们带来「光电科技简介」，内容涵盖了台湾及全世界光电努力的方向和希望，并为三天以来所有的讲题概括性地介绍。第二场由李允立教授带来「固态照明技术及其产业」，李教授以生动活泼的方式与学生互动，为我们介绍了色彩学还有丰富的固态照明技术，讲解了许多照明的历史、光与物质作用的基本原理以及目前车用照明的趋势。第三场由工研院太阳光电科技中心研究开发组蔡松雨副组长带来的「太阳能电池技术及其产业」，内容贴近目前产业近况，也对太阳能电池的种类以及技术做了精辟的讲解。第四场由林晃严教授讲解「光电实验说明」，以深入浅出的方式解释第一天光电实验的基础原理，让同学们在实验的过程中可以与理论互相左证，印象更为深刻。

时间进入到第二天。第一场的演讲由黄鼎伟教授带来「光通讯技术及其产业」，对于光纤通讯的基本原理以及光纤在网络的应用和频宽所带来的重大突破性发展有深入性的探讨。第二场由黄建璋教授带来「显示技术及其产业」，内容提及了各种不同的显示器并且把重点放在LCD以及其背光源的介绍。第三场由阳明大学生医光电跨领域研究中心孙家伟博士带来「生医光电技术及其产业」，生医光电努力为人类提供非侵入式的检测以及新式的治疗方式，范围应用到光电、材料、物理、生物等等，是一个综合的跨领域研究方向，值得投入心力去发展。第四场吴志毅教授的「光电材料技术及其产业」为我们介绍了OLED以及太阳能电池两个主要的题目，内容相当深入技术的核心。

第二天的最后所长黄升龙教授与学生综合讨论，用深入浅出的方式为我们详细地分析介绍光电这个产业，到底台湾的优势在哪里，台大光电所在全世界的定位在哪里，也总结这几天的演讲，从能源、通讯、显示、生医到照明做了一个完整的介绍。从所长的讨论中得知，台大光电所发表的期刊论文在质在量不只和世界知名的大学并驾齐驱，甚至有超越他们的趋势。所长也提及了一个与欧盟的合作计划，这个计划将可以提升学生的国际竞争力。

第三天早上，我们带领学生参访国家奈米实验室（National Nano Device Laboratories, NDL），感谢接待的行政小姐以及两位工程师，首先为我们介绍NDL一楼大厅意境深远的艺术创作，并且提供NDL的介绍影片欣赏。重头戏就是带我们进入L型长廊，边走边介绍NDL现有制程机台以及其运作原理。总结而言，在国家级的NDL我们看到了很多世界级的设备以及研究成果，这趟长征不虚此行。

很荣幸有这机会可以参与今年的光电营活动，有一种延续香火的使命感。多亏了提供演讲的教授们以及实验室讲解的同学们让我们的光电营丰富亮眼。最后要感谢所办力琪姐为筹办这个活动所花费的心力，也要感谢自愿参与服务的同学们，杰睿、佳宁、舒涵、宜达以及德清。当然最重要的是要感谢所长对光电营的支持，让我们活动办起来没有后顾之忧。

【之二】

撰文：光电所硕士班学生洪杰睿（新任所学会副会长）

台湾的光电业声名远播，跨足全世界，已是闻名国际的「台湾奇迹」。许多学生都觉得纳闷，这样一门产业，为何能在金融危机的威胁下愈做愈旺，其间的挑战及未来趋势，实在引人好奇；台大光电所每年举办的光电营活动为您解答所有的疑问，是全国大专生口耳相传中极有口碑的年度盛事。

暑期光电营是台大光电所延续数年的传统，对光电整合充满好奇的各路大学生齐聚一堂，就是为了想揭开台湾光电业的神秘面纱。光电所安排一系列演讲，关于信息传输、处理、显示、光储存、发光组件、能源、产业升级做了最全面的详尽解说。

每个向往光电产业的大学生总能在光电营中学到许多最新技术发展与原理，并获得许多外界不为人知的产业界内幕消息，在这短短的三天内，无论是光电知识还是肚子，所有学生皆满载而归，个个充满冲劲，眼神都变了，迫不及待想跟父母亲同学炫耀与分享心得以及所学。

当然一路听讲不如直接看到实体的体验深刻，光电营最有意义的活动莫过于亲自动手做的实验课。在第一天的下午，我们来到电机一馆的光电课程实验室。主要的实验分为三个，第一个是评估太阳能电池的良率，第二个是利用仪器去评估投影机的好坏，第三个是量测一颗蓝光LED的 L-I-V curve (Light-Current-Voltage curve) 以及利用photo luminance得到发光组件的光谱特性。所有参与的学生都跃跃欲试，提问络绎不绝，下课时大家都舍不得离开！


图一、学员们正小心翼翼地利用针点量测	图二、令人叹为观止的蓝光二极管

再来是前往位于台大的影像显示及光机电科技的「教学展示中心」。这是一个产学共构的平台，里面有着关于显示技术最尖端的研究，以及业界各大厂所提供最新的研发现况和产品。透过互动性教材，学生玩得不亦乐乎，也了解显示器看似轻薄简单其实大有学问，从液晶的种类，偏振片、驱动电路、背光模块与材料、光学设计等等，每个材料选取、制程、到封装的步骤都马虎不得。

实验室的参访也是光电营的重头戏，一般来说这些地方是谢绝参观的，里面都是机密与心血结晶，仪器设备十分贵重，无尘室的仪器更是动辄一台几千万。每个学生都想一睹台大实验室的风采，却不得其门而入，透过光电营的穿针引线才能给他们这么多的福利。感谢林恭如教授、彭隆瀚教授、黄升龙教授、黄建璋教授提供实验室还有学生的解说，各个解说人员有着对实验的满腔热情与无限活力，有着丰富的学术涵养，让学员都肃然起敬。

图三、学长学弟教学相长，相谈甚欢

非常荣幸能参与这三天的光电营，意见调查回函中有人提到「我希望明年考到尊爵、不凡、高雅的台大光电所，跟杰睿大哥一起带光电营」，眼眶一濡，原来我的付出获得同学们的真诚接纳，我想这就是我带光电营最大的收获。

～与南京大学（Nanjing University）博士生交流活动 2009 系列报导～

（时间：2009年7月5日至7月11日；地点：南京大学）

【之一】

撰文：光电所博士班学生游政卫（代表团学生队长）

第二届台湾大学与南京大学博士生交流活动是在大陆南京举行，由本所所长黄升龙率领林恭如副所长与应邀演讲的杨志忠教授以及十位学生参访南京大学，因此为了完整规划此一交流活动的相关细节，在确定所有光电所代表的学生成员后，很荣幸地在其它学生成员的承让支持下，我负责担任此次活动的台湾大学学生队长，和南京大学学生队长汤琨同学一起沟通协调整个活动的相关事宜，和汤同学合作的过程相当愉快，感谢汤同学辛苦协助让筹备工作与活动过程都进行得相当顺利。

此次交流研讨会于7月6日及7月7日正式举行，会议内容相当丰富深入，议程包括准相位匹配非线性光学和激光技术、奈米光学与人工带隙材料、宽能隙半导体材料及其微结构、微结构材料中的光学新效应等四大主题，每位学生代表有十五分钟的演讲时间，演讲内容包括本身实验室简介与个人研究成果报告，会议期间吸引多位非双方代表团成员的学生前来共襄盛举，为此次交流活动增色不少。而本次研讨会在双方同意下，与会者皆是以中文进行报告，因此双方的交流可以更加直接、更加深刻，多位讲者报告完后皆激起与会者之间的热烈讨论，在会议休息时间也常见到双方学生持续讨论交流，可见双方对于彼此研究内容的肯定与兴趣。在两天精采的学术交流中，我们充分感受到南京大学物理系在研究工作上的投入与杰出成就，每位代表南京大学物理系出席此次交流活动的学生代表都有相当高水平的研究成果，很高兴可以和如此优秀的朋友互相学习激荡，也让我们期许自己要更加努力。

和大陆的学生交流，最敏感的话题莫过于两岸问题。相信大家也都很好奇，关于这类的话题，我们是如何应对。基本上，大陆的同学几乎都不太会主动提及这类的话题；当然，我们也不会主动去提。与他们交流时，在这方面真的是要特别小心，深怕一个不小心就擦枪走火，最后弄得不欢而散。除此之外，和大陆的同学相处起来，并不觉得有什么特别之处，就好像我们平常的同学相处那样。大家比较好奇的话题，还是目前两岸的差异，大陆那边的学制是硕士班三年、博士班三年，而我们这边是硕士班二年，博士班则端看个人造化三到七年的都大有人在。另外，我听说他们硕士班毕业去业界，好一点的工作的起薪大约有五千人民币左右；然而，博士毕业留在学校当讲师(相当于我们的助理教授)，薪水还不到四千人民币。这是令我比较惊讶的，在台湾几乎很难找到硕士起薪比博士高的工作。

藉由参与此次活动，除了认识南京大学的朋友之外，我们光电所的这十位同学对于彼此也有进一步的认识，这也让我多少有点感触。现在光电所的学生越来越多，可是彼此之间的交流或认识却是相当的有限，我想所上或许可以建立一个常态性的学生交流平台，增进学生之间的认识。最后，感谢光电所黄升龙所长、林恭如副所长及多位老师引领协助我们成功完成此次深具意义的交流活动，不管是整体活动的事前规划，乃至于交流活动期间的细心指导，老师们都付出相当多的心思，当然也要感谢所办林筱文小姐为此活动所付出的心力，才能让活动如此成功。希望如此有意义的交流活动可以一直持续下去，让更多光电所的学生可以亲自体验与学习。

双方代表团学生于南京大学校门前合影

【之二】

撰文：光电所博士班学生程子桓（代表团学生副队长）

随着一次次的行前会议结束，出访南京大学的脚步也就越加接近。回想起行前会议的种种叮咛，譬如敏感的政治议题、南大的研究环境及相关的地理与历史背景....等等，出发之前心中或有些许紧张与不安。直到到达南京过了海关之后，见到对方代表热情地前来接机，加上接下来六天行程的接触与认识，才发现他们都很友善！

在接连几天的研讨会中，从邀请报告到同学之间学术交流的研究报告，都让我有很深的触发与感想。由前所长杨志忠教授、南京大学的肖敏教授及院士级的天津大学姚建铨教授精彩的演说中，让我们获知了许多关于近场光学在发光组件的运用、奈米晶硅及微结构的光学特性及太赫兹技术 (THz technology) 的发展及其在通讯上的技术运用。尤其是刚下飞机就急忙赶到的姚院士，年迈的他只着急着要给大家演说却不急着喘息，虽然面露些许疲态，但他教育后辈的动力却一点都不受影响。与会的同学也都很踊跃的发言提问，尽管研究领域或有差异，但其求知欲之强可见一斑，这样子的求学态度，是非常值得学习的。

在接下来的研究报告中，是由台大的十位同学、南京大学及来自大陆多个大学的学生们进行报告及主持管理。在担任主持人的过程中，学会了研讨会会议的时间控制、临时应变能力的培养及会议相关礼仪，学习扮演着让会议顺利进行的主要推手。此次的研讨会议题主要分为四大部分: (1) 非线性光学和激光技术、(2) 奈米光学与人工带隙材料、(3) 宽能隙半导体材料及其微结构及 (4) 微结构材料中的光学新效应。由于口头报告是以中文的方式呈现，所以讲者与听众间比较不会受到语言表达能力的影响，惟有专业领域的翻译名词有些许不同。其中以宽能隙半导体材料及微结构材料的光学新效应探讨最为热烈，举凡微结构制程（奈米线、光子晶体、奈米颗粒及量子井结构）、材料特性探讨（硅奈米线、氮化镓奈米线、氧化锌奈米颗粒、氮化铝及三元的氮化铝镓）、及模拟分析（奈米材料之能带计算及其光电特性、材料负折射特性、光子晶体带隙变化及反射特性）....等，都有许多相关论文探讨，在大家热烈讨论之下，每个人都大有斩获。其中，最令我印象深刻的是模拟分析的部份，因为大多数的同学都有能力自行编写程序进行仿真分析而不是依赖商业的软件包，针对仿真程序的撰写技巧进行交流，这也代表着对于组件材料的物理现象都有很清楚的认识。在讨论的过程中，南京大学的张川同学提出了一个很重要的观念，根据物理模型进行的材料特性预测，务必要以实验进行验证，不可妄下结论。当发现两者有相异之处时，就要进一步验证，许多新现象都是从两者的差异中进一步研究而发现的。许多伟大的发现在被注意之前都曾经被观察到，但却因为忽略了微小的差异而与诺贝尔奖擦身而过了。

最后是关于此次学术交流活动的感想，我认为这种类型的活动非常有价值，不仅开拓了我们的视野，让我们接触到不同的观点也增广了视野，让我们不再局限在自己的领域，纳入跨领域的知识，将可大大提升研究的应用价值。看着南京的进步快速，与先前的刻板观念已大大不同，我们更应该要加紧脚步，提升自我的能力与价值，同时也有机会让外国的朋友认识我们，不仅是我们走了出去，也让其它人走进台湾。希望这样的活动能继续举办下去，甚至是更扩大举行，让未来的光电所学弟、学妹，也能像这次参与研讨会的我们一样，同时得到学术和文化上的成长。

Partitioning Pixel of Organic Light-Emitting Displays with Patterned Microlens Array Films for Efficiency Improvement

Professor Hoang-Yan Lin’s group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所林晃岩教授

A pixel partition scheme assisted with the hollow-arranged or patterned microlens array film (MAF) was proposed to improve the optical characteristics and the lifetime of OLEDs. In our simulation results, a OLED pixel of size 1 mm × 1 mm was equally divided into 10×10 smaller sub-pixels, which was of size 100 μm × 100 μm. The original pixel with emissive edge length of 1 mm covered with patterned MAF have 21% luminance enhancement in the surface normal or 0° direction as compared to bared device. After partitioning it into sub-pixels of 100 μm in edge length, the whole partitioned OLED with patterned MAF can have vast improvement up to 72% under the same total active area and optical power emitted from OLED. To gain higher efficiency, these encouraging results inspire us to apply the patterned MAF to small-size AM- and PM-OLED and to partition large pixel into smaller subpixels for lighting purposes!

Removing microlenses right above the emissive area from the single period or fully-filled MAF is defined as the hollow arranged MAF. Besides, the pixel spacing can be designed as 53 μm, 126 μm or 179 μm, which is corresponding to one, two or three rows of microlenses in between the sub-pixels. Figure 1 shows the pixel-partition configuration of pixel spacing by one row of microlenses, and note that the black circle in each configuration is the viewing aperture of luminance meter for measurement and is equal in size.

Figure 1. Schematic diagram of partitioned pixel units attached hollow-arranged MAF. The unit edge lengthes of sub-pixel are (a) 500 μm, (b) 250 μm, (c) 200 μm and (d) 100 μm. The spacing is one row of microlenses and of 53 μm.

Hollow-arranged and fully-filled MAF with one, two and three rows of microlens in between the sub-pixel spacing were modeled. Considering normal direction luminance ratio, fully-filled MAF shows from 13% to 21% enhancement, which seems irrelevant to the unit edge length of sub-pixel. However, hollow-arranged MAF presents as much as 67% improvement. As the unit edge length of the sub-pixel decreases, the luminance ratio of hollow-arranged MAF will increase linearly; as increment of microlens rows inside the gap in between the sub-pixels, the luminance ratio of hollow-arranged MAF will also increase, as shown in Figure 2.

Figure 2. Luminance ratio of hollow-arranged and fully-filled MAF vs. edge length by varying the sub-pixel spacing in the unit of microlens rows.

The Roles of Thermally Evaporated Cesium Carbonate to Enhance the Electron Injection in Organic Light Emitting Devices

Professor Chih-I Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所吴志毅教授

The properties of thermally evaporated cesium carbonate (Cs₂CO₃) and its role as electron injection layers in organic light emitting diodes were investigated. According to the ultraviolet photoemission spectra (UPS), the Fermi level of Alq₃ after doped with Cs₂CO₃ shifts toward or into the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) as a result of chemical reaction and charge transfer between Cs₂CO₃ and Alq₃, which lowers the electron injection barrier and improves the current efficiency. As for whether Cs₂CO₃ being decomposed during the evaporation, we found that Cs₂CO₃ molecules were deposited on the substrates without decomposition, regardless the evaporation rates, based on the signature features of carbonate groups and ionization energies measured in UPS spectra and the binding energy shifts of core level electrons. The reaction mechanisms between Cs₂CO₃ and Alq₃ are also proposed. Since Cs₂CO₃ not only being used in the electron injection layer but also in converting high work function materials to cathodes, we further quantitatively investigated the work function modification of indium-tin-oxide (ITO) with deposition of Cs₂CO₃ at the surfaces. We found that while 0.5 angstrom thick of Cs₂CO₃ is sufficient to reduce the electron injection barrier of Alq₃, the thickness needed to convert ITO surface to low work function cathode is about 10 angstroms.


(a)	(b)
Fig. 1 (a) UPS spectra of Alq₃ near the valence bands with ultra-thin layer of Cs₂CO₃ deposition. (b) Energy band diagram of Alq₃ with Cs₂CO₃ deposition.


(a)	(b)
Fig. 2 (a) UPS spectra of Cs₂CO₃ and Cs₂O films on gold samples, near the onset and valence bands. Peaks A and B are the signature features of carbonate. (b) XPS spectra of pristine Cs₂CO₃ and Cs₂O.

论文题目：有机发光组件于显示器与照明应用之结构设计研究

姓名：张志豪指导教授：吴忠帜教授

摘要

我们研究数种新型有机发光组件结构，并用以增进有机发光组件于显示和照明应用上之性能。在显示的应用上，我们研究纯蓝光磷光有机发光组件在效率上的提升。其次，我们研究具有微共振腔结构之白光有机发光组件，用以简化全彩显示器之制程并提高色彩表现。在照明的应用上，我们开发出高效率及具有色彩稳定性之全磷光白光发光组件以及磷光敏化白光组件 (Phosphorescent sensitized white OLEDs)。另外，为实现照明的要求，我们发展二种不同架构、具高演色性 (High Color-Rendering-Index (CRI)) 的纯白光磷光有机发光组件。


图一、高演色性的全磷光白光有机发光组件照片	图二、高演色性的全磷光白光组件于不同亮度下的发光频谱

— 数据提供：影像显示光电科技特色人才培育中心．影像显示科技知识平台 —

— 整理：林晃岩教授、陈冠宇 —

日本住友电工研发出不须透过红光转换的半导体绿光激光

住友电气工业（Sumitomo Electric Industries Ltd）成功开发了纯绿光的半导体激光（振荡波长531 nm），如图一。此为全球首款无需波长转换而直接共振的绿光半导体激光，可用于激光电视或便携式激光投影机等的光源。该公司最近在《Applied Physics Express》上刊登的论文中做了详细介绍。

图一、峰值在531 nm的绿光半导体激光

激光显示器除高亮度及高色彩饱和度之外，还具有小型化、轻量化及低功耗等特点。目前在光的三原色（红、绿、蓝）中，红色和蓝色的半导体激光已经实现，但绿色光源过去则需利用特殊的光学晶体由红外光激光经过二倍频转换（SHG，second harmonic generation）而成，原因是没有高效率直接振荡于绿光的半导体激光。

　　能隙在绿光波段的材料，目前有使用于蓝色发光二极管的氮化镓类（GaN-based）半导体，但将波长从蓝光推向绿光时，因为发光层的结晶会产生很大的内部电场，而导致发光效率下降；目前业界正朝改变结晶面方位以减弱发光层内部电场影响的方法进行研究。住友电气工业也在这方面技术发展，利用特殊GaN结晶面方位，克服了效率下降问题，并开发了提高发光层质量的成长技术，在室温下实现了绿光波段中最长波长为531 nm的脉冲激光。

《Applied Physics Express》文中提到，这个半导体绿光激光是在GaN（氮化镓）基板的半极性(semi-polar)面｛2021｝上，结晶成长GaN类半导体，主动层是采用InGaN类半导体。在531 nm脉冲振荡时的阈值电流为924 mA，换算为电流密度是15.4 kA/cm²；而在520 nm脉冲振荡时的阈值电流为491 mA，换算为电流密度是8.2 kA/cm²，如图二所示。

图二、共振波长在520 nm L-I-V图，阈值电流为491 mA

GaN基板采用HVPE（hydride vapor phase epitaxy）法制作，基板的线差排密度(threading discolation density)小于1×10⁶cm^-2。半导体激光结构的成长采用MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）法。该产品为增益导引（Gain Guided）型激光，宽度为10 μm、共振器长600 μm。

原始论文：	“531 nm Green Lasing of InGaN Based Laser Diodes on Semi-Polar {2021} Free-Standing GaN Substrates”, Appl. Phys. Express 2 (2009) 082101
中文新闻来源：	http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/47144-20090722.html