第四十五期 2009年8月刊
 
 
 
發行人:黃升龍所長  編輯委員:蔡睿哲教授  主編:林筱文  發行日期:2009.08.06
 
 

 

~ 98學年度光電所所學會會長自我介紹 ~

各位好,很榮幸今年能夠奉獻自己為光電所的老師以及同學服務。我是魏祥鈞,目前升博三,隸屬於蘇國棟教授的實驗室。進到台大光電所以來已經有快兩年的時間了,對環境也慢慢地開始熟悉,我們有最優秀的師資也有著優秀的學生,同時我們也享有著全國最優渥的資源,所以致力於研究是大家一起努力的方向。當實驗到深夜,鼻頭不斷冒出焦急的痘痘時,是否希望生活能夠多一點樂趣還有消遣?當埋首在成堆期刊之中的時候,是否忽略了大自然的美好呢?所以,在這一年的任期中,我希望能夠給同學偶爾增添一點生活上的娛樂。

很高興我們有一位極富能力的副會長,容我在這裡特別介紹一下。他是洪傑睿,目前升碩二,隸屬於毛明華教授的實驗室。他為人熱心服務,富有責任心以及幽默感。我們有堅強的所辦團隊陣容,行政效率大家有目共睹,拉近大家的距離,不論是實驗室之間還是行政人員和學生之間,將會是我們努力的方向。

當所訊和我邀自我介紹的稿子時,其實我一點頭緒都沒有,因為我並不是個傑出的人才,沒有響亮的名號也沒有亮眼的外表,也沒有所謂的創新政見可以發表。但是唯一可以保證的,就是這一年我會隨時在你的身旁服務,該有的活動會辦給大家,人人為我我為人人!One for all, all for one.

 

 

~ 光電所98年暑期大學生光電營  花絮報導 ~

(時間:98年7月15日至7月17日;地點:臺灣大學博理館及電機二館

【之一】

撰文:光電所博士班學生魏祥鈞(新任所學會會長)

台灣光電產業蓬勃發展,不論在質在量都已是國際上不可或缺的角色,本著深耕播種的心,為了讓更多有創意有理想的青年加入光電科技的領域,台大光電所每年都會舉辦暑期光電營。不論是精采的演講、實驗或是參觀,都讓參與的學生心到眼到手到口到,獲益良多。

第一天的第一場開幕演講由副所長林恭如教授為我們帶來「光電科技簡介」,內容涵蓋了台灣及全世界光電努力的方向和希望,並為三天以來所有的講題概括性地介紹。第二場由李允立教授帶來「固態照明技術及其產業」,李教授以生動活潑的方式與學生互動,為我們介紹了色彩學還有豐富的固態照明技術,講解了許多照明的歷史、光與物質作用的基本原理以及目前車用照明的趨勢。第三場由工研院太陽光電科技中心研究開發組蔡松雨副組長帶來的「太陽能電池技術及其產業」,內容貼近目前產業近況,也對太陽能電池的種類以及技術做了精闢的講解。第四場由林晃嚴教授講解「光電實驗說明」,以深入淺出的方式解釋第一天光電實驗的基礎原理,讓同學們在實驗的過程中可以與理論互相佐證,印象更為深刻。

時間進入到第二天。第一場的演講由黃鼎偉教授帶來「光通訊技術及其產業」,對於光纖通訊的基本原理以及光纖在網路的應用和頻寬所帶來的重大突破性發展有深入性的探討。第二場由黃建璋教授帶來「顯示技術及其產業」,內容提及了各種不同的顯示器並且把重點放在LCD以及其背光源的介紹。第三場由陽明大學生醫光電跨領域研究中心孫家偉博士帶來「生醫光電技術及其產業」,生醫光電努力為人類提供非侵入式的檢測以及新式的治療方式,範圍應用到光電、材料、物理、生物等等,是一個綜合的跨領域研究方向,值得投入心力去發展。第四場吳志毅教授的「光電材料技術及其產業」為我們介紹了OLED以及太陽能電池兩個主要的題目,內容相當深入技術的核心。

第二天的最後所長黃升龍教授與學生綜合討論,用深入淺出的方式為我們詳細地分析介紹光電這個產業,到底台灣的優勢在哪裡,台大光電所在全世界的定位在哪裡,也總結這幾天的演講,從能源、通訊、顯示、生醫到照明做了一個完整的介紹。從所長的討論中得知,台大光電所發表的期刊論文在質在量不只和世界知名的大學並駕齊驅,甚至有超越他們的趨勢。所長也提及了一個與歐盟的合作計畫,這個計畫將可以提升學生的國際競爭力。

第三天早上,我們帶領學生參訪國家奈米實驗室(National Nano Device Laboratories, NDL),感謝接待的行政小姐以及兩位工程師,首先為我們介紹NDL一樓大廳意境深遠的藝術創作,並且提供NDL的介紹影片欣賞。重頭戲就是帶我們進入L型長廊,邊走邊介紹NDL現有製程機台以及其運作原理。總結而言,在國家級的NDL我們看到了很多世界級的設備以及研究成果,這趟長征不虛此行。

很榮幸有這機會可以參與今年的光電營活動,有一種延續香火的使命感。多虧了提供演講的教授們以及實驗室講解的同學們讓我們的光電營豐富亮眼。最後要感謝所辦力琪姐為籌辦這個活動所花費的心力,也要感謝自願參與服務的同學們,傑睿、佳寧、舒涵、宜達以及德清。當然最重要的是要感謝所長對光電營的支持,讓我們活動辦起來沒有後顧之憂。

 

【之二】

撰文:光電所碩士班學生洪傑睿(新任所學會副會長)

台灣的光電業聲名遠播,跨足全世界,已是聞名國際的「台灣奇蹟」。許多學生都覺得納悶,這樣一門產業,為何能在金融危機的威脅下愈做愈旺,其間的挑戰及未來趨勢,實在引人好奇;台大光電所每年舉辦的光電營活動為您解答所有的疑問,是全國大專生口耳相傳中極有口碑的年度盛事。

暑期光電營是台大光電所延續數年的傳統,對光電整合充滿好奇的各路大學生齊聚一堂,就是為了想揭開台灣光電業的神秘面紗。光電所安排一系列演講,關於資訊傳輸、處理、顯示、光儲存、發光元件、能源、產業升級做了最全面的詳盡解說。

每個嚮往光電產業的大學生總能在光電營中學到許多最新技術發展與原理,並獲得許多外界不為人知的產業界內幕消息,在這短短的三天內,無論是光電知識還是肚子,所有學生皆滿載而歸,個個充滿衝勁,眼神都變了,迫不及待想跟父母親同學炫耀與分享心得以及所學。

當然一路聽講不如直接看到實體的體驗深刻,光電營最有意義的活動莫過於親自動手做的實驗課。在第一天的下午,我們來到電機一館的光電課程實驗室。主要的實驗分為三個,第一個是評估太陽能電池的良率,第二個是利用儀器去評估投影機的好壞,第三個是量測一顆藍光LED的 L-I-V curve (Light-Current-Voltage curve) 以及利用photo luminance得到發光元件的光譜特性。所有參與的學生都躍躍欲試,提問絡繹不絕,下課時大家都捨不得離開!

圖一、學員們正小心翼翼地利用針點量測

圖二、令人嘆為觀止的藍光二極體

再來是前往位於台大的影像顯示及光機電科技的「教學展示中心」。這是一個產學共構的平台,裡面有著關於顯示技術最尖端的研究,以及業界各大廠所提供最新的研發現況和產品。透過互動性教材,學生玩得不亦樂乎,也瞭解顯示器看似輕薄簡單其實大有學問,從液晶的種類,偏振片、驅動電路、背光模組與材料、光學設計等等,每個材料選取、製程、到封裝的步驟都馬虎不得。

實驗室的參訪也是光電營的重頭戲,一般來說這些地方是謝絕參觀的,裡面都是機密與心血結晶,儀器設備十分貴重,無塵室的儀器更是動輒一台幾千萬。每個學生都想一睹台大實驗室的風采,卻不得其門而入,透過光電營的穿針引線才能給他們這麼多的福利。感謝林恭如教授、彭隆瀚教授、黃升龍教授、黃建璋教授提供實驗室還有學生的解說,各個解說人員有著對實驗的滿腔熱情與無限活力,有著豐富的學術涵養,讓學員都肅然起敬。

圖三、學長學弟教學相長,相談甚歡

       非常榮幸能參與這三天的光電營,意見調查回函中有人提到「我希望明年考到尊爵、不凡、高雅的台大光電所,跟傑睿大哥一起帶光電營」,眼眶一濡,原來我的付出獲得同學們的真誠接納,我想這就是我帶光電營最大的收穫。

 

 
 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2009  系列報導 ~

(時間:98年7月5日至7月11日;地點:南京大學

【之一】

撰文:光電所博士班學生游政衛代表團學生隊長

第二屆臺灣大學與南京大學博士生交流活動是在大陸南京舉行,由本所所長黃升龍率領林恭如副所長與應邀演講的楊志忠教授以及十位學生參訪南京大學,因此為了完整規劃此一交流活動的相關細節,在確定所有光電所代表的學生成員後,很榮幸地在其他學生成員的承讓支持下,我負責擔任此次活動的臺灣大學學生隊長,和南京大學學生隊長湯琨同學一起溝通協調整個活動的相關事宜,和湯同學合作的過程相當愉快,感謝湯同學辛苦協助讓籌備工作與活動過程都進行得相當順利。

此次交流研討會於7月6日及7月7日正式舉行,會議內容相當豐富深入,議程包括準相位匹配非線性光學和雷射技術、奈米光學與人工帶隙材料、寬能隙半導體材料及其微結構、微結構材料中的光學新效應等四大主題,每位學生代表有十五分鐘的演講時間,演講內容包括本身實驗室簡介與個人研究成果報告,會議期間吸引多位非雙方代表團成員的學生前來共襄盛舉,為此次交流活動增色不少。而本次研討會在雙方同意下,與會者皆是以中文進行報告,因此雙方的交流可以更加直接、更加深刻,多位講者報告完後皆激起與會者之間的熱烈討論,在會議休息時間也常見到雙方學生持續討論交流,可見雙方對於彼此研究內容的肯定與興趣。在兩天精采的學術交流中,我們充分感受到南京大學物理系在研究工作上的投入與傑出成就,每位代表南京大學物理系出席此次交流活動的學生代表都有相當高水準的研究成果,很高興可以和如此優秀的朋友互相學習激盪,也讓我們期許自己要更加努力。

和大陸的學生交流,最敏感的話題莫過於兩岸問題。相信大家也都很好奇,關於這類的話題,我們是如何應對。基本上,大陸的同學幾乎都不太會主動提及這類的話題;當然,我們也不會主動去提。與他們交流時,在這方面真的是要特別小心,深怕一個不小心就擦槍走火,最後弄得不歡而散。除此之外,和大陸的同學相處起來,並不覺得有什麼特別之處,就好像我們平常的同學相處那樣。大家比較好奇的話題,還是目前兩岸的差異,大陸那邊的學制是碩士班三年、博士班三年,而我們這邊是碩士班二年,博士班則端看個人造化三到七年的都大有人在。另外,我聽說他們碩士班畢業去業界,好一點的工作的起薪大約有五千人民幣左右;然而,博士畢業留在學校當講師(相當於我們的助理教授),薪水還不到四千人民幣。這是令我比較驚訝的,在台灣幾乎很難找到碩士起薪比博士高的工作。

藉由參與此次活動,除了認識南京大學的朋友之外,我們光電所的這十位同學對於彼此也有進一步的認識,這也讓我多少有點感觸。現在光電所的學生越來越多,可是彼此之間的交流或認識卻是相當的有限,我想所上或許可以建立一個常態性的學生交流平台,增進學生之間的認識。最後,感謝光電所黃升龍所長、林恭如副所長及多位老師引領協助我們成功完成此次深具意義的交流活動,不管是整體活動的事前規劃,乃至於交流活動期間的細心指導,老師們都付出相當多的心思,當然也要感謝所辦林筱文小姐為此活動所付出的心力,才能讓活動如此成功。希望如此有意義的交流活動可以一直持續下去,讓更多光電所的學生可以親自體驗與學習。

雙方代表團學生於南京大學校門前合影

 

之二

撰文:光電所博士班學生程子桓代表團學生副隊長

隨著一次次的行前會議結束,出訪南京大學的腳步也就越加接近。回想起行前會議的種種叮嚀,譬如敏感的政治議題、南大的研究環境及相關的地理與歷史背景....等等,出發之前心中或有些許緊張與不安。直到到達南京過了海關之後,見到對方代表熱情地前來接機,加上接下來六天行程的接觸與認識,才發現他們都很友善!

在接連幾天的研討會中,從邀請報告到同學之間學術交流的研究報告,都讓我有很深的觸發與感想。由前所長楊志忠教授、南京大學的肖敏教授及院士級的天津大學姚建銓教授精彩的演說中,讓我們獲知了許多關於近場光學在發光元件的運用、奈米晶矽及微結構的光學特性及太赫茲技術 (THz technology) 的發展及其在通訊上的技術運用。尤其是剛下飛機就急忙趕到的姚院士,年邁的他只著急著要給大家演說卻不急著喘息,雖然面露些許疲態,但他教育後輩的動力卻一點都不受影響。與會的同學也都很踴躍的發言提問,儘管研究領域或有差異,但其求知欲之強可見一斑,這樣子的求學態度,是非常值得學習的。

在接下來的研究報告中,是由台大的十位同學、南京大學及來自大陸多個大學的學生們進行報告及主持管理。在擔任主持人的過程中,學會了研討會會議的時間控制、臨時應變能力的培養及會議相關禮儀,學習扮演著讓會議順利進行的主要推手。此次的研討會議題主要分為四大部分: (1) 非線性光學和雷射技術、(2) 奈米光學與人工帶隙材料、(3) 寬能隙半導體材料及其微結構及 (4) 微結構材料中的光學新效應。由於口頭報告是以中文的方式呈現,所以講者與聽眾間比較不會受到語言表達能力的影響,惟有專業領域的翻譯名詞有些許不同。其中以寬能隙半導體材料及微結構材料的光學新效應探討最為熱烈,舉凡微結構製程(奈米線、光子晶體、奈米顆粒及量子井結構)、材料特性探討(矽奈米線、氮化鎵奈米線、氧化鋅奈米顆粒、氮化鋁及三元的氮化鋁鎵)、及模擬分析(奈米材料之能帶計算及其光電特性、材料負折射特性、光子晶體帶隙變化及反射特性)....等,都有許多相關論文探討,在大家熱烈討論之下,每個人都大有斬獲。其中,最令我印象深刻的是模擬分析的部份,因為大多數的同學都有能力自行編寫程式進行模擬分析而不是依賴商業的套裝軟體,針對模擬程式的撰寫技巧進行交流,這也代表著對於元件材料的物理現象都有很清楚的認識。在討論的過程中,南京大學的張川同學提出了一個很重要的觀念,根據物理模型進行的材料特性預測,務必要以實驗進行驗證,不可妄下結論。當發現兩者有相異之處時,就要進一步驗證,許多新現象都是從兩者的差異中進一步研究而發現的。許多偉大的發現在被注意之前都曾經被觀察到,但卻因為忽略了微小的差異而與諾貝爾獎擦身而過了。

最後是關於此次學術交流活動的感想,我認為這種類型的活動非常有價值,不僅開拓了我們的視野,讓我們接觸到不同的觀點也增廣了視野,讓我們不再侷限在自己的領域,納入跨領域的知識,將可大大提升研究的應用價值。看著南京的進步快速,與先前的刻板觀念已大大不同,我們更應該要加緊腳步,提升自我的能力與價值,同時也有機會讓外國的朋友認識我們,不僅是我們走了出去,也讓其他人走進台灣。希望這樣的活動能繼續舉辦下去,甚至是更擴大舉行,讓未來的光電所學弟、學妹,也能像這次參與研討會的我們一樣,同時得到學術和文化上的成長。

 

 
 

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

臺灣大學光電所 林晃巖教授

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

臺灣大學光電所 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.
 
 

論文題目:有機發光元件於顯示器與照明應用之結構設計研究

姓名:張志豪   指導教授:吳忠幟教授

 


摘要

我們研究數種新型有機發光元件結構,並用以增進有機發光元件於顯示和照明應用上之性能。在顯示的應用上,我們研究純藍光磷光有機發光元件在效率上的提升。其次,我們研究具有微共振腔結構之白光有機發光元件,用以簡化全彩顯示器之製程並提高色彩表現。在照明的應用上,我們開發出高效率及具有色彩穩定性之全磷光白光發光元件以及磷光敏化白光元件 (Phosphorescent sensitized white OLEDs)。另外,為實現照明的要求,我們發展二種不同架構、具高演色性 (High Color-Rendering-Index (CRI)) 的純白光磷光有機發光元件。

圖一、高演色性的全磷光白光有機發光元件照片

圖二、高演色性的全磷光白光元件於不同亮度下的發光頻譜

 
 
 

— 資料提供:影像顯示光電科技特色人才培育中心‧影像顯示科技知識平台 —

— 整理:林晃巖教授、陳冠宇 —

日本住友電工研發出不須透過紅光轉換的半導體綠光雷射

住友電氣工業(Sumitomo Electric Industries Ltd)成功開發了純綠光的半導體雷射(振盪波長531 nm),如圖一。此為全球首款無需波長轉換而直接共振的綠光半導體雷射,可用於雷射電視或便攜式雷射投影機等的光源。該公司最近在《Applied Physics Express》上刊登的論文中做了詳細介紹。

 

圖一、峰值在531 nm的綠光半導體雷射

 

雷射顯示器除高亮度及高色彩飽和度之外,還具有小型化、輕量化及低功耗等特點。目前在光的三原色(紅、綠、藍)中,紅色和藍色的半導體雷射已經實現,但綠色光源過去則需利用特殊的光學晶體由紅外光雷射經過二倍頻轉換(SHGsecond harmonic generation)而成,原因是沒有高效率直接振盪於綠光的半導體雷射。


  
能隙在綠光波段的材料,目前有使用於藍色發光二極體的氮化鎵類(GaN-based)半導體,但將波長從藍光推向綠光時,因為發光層的結晶會產生很大的內部電場,而導致發光效率下降;目前業界正朝改變結晶面方位以減弱發光層內部電場影響的方法進行研究。住友電氣工業也在這方面技術發展,利用特殊GaN結晶面方位,克服了效率下降問題,並開發了提高發光層品質的成長技術,在室溫下實現了綠光波段中最長波長為531 nm的脈衝雷射。

 

Applied Physics Express》文中提到,這個半導體綠光雷射是在GaN(氮化鎵)基板的半極性(semi-polar)面{2021}上,結晶成長GaN類半導體,主動層是採用InGaN類半導體。在531 nm脈衝振盪時的閾值電流為924 mA,換算為電流密度是15.4 kA/cm2;而在520 nm脈衝振盪時的閾值電流為491 mA,換算為電流密度是8.2 kA/cm2,如圖二所示。

 

圖二、共振波長在520 nm L-I-V圖,閾值電流為491 mA

 

GaN基板採用HVPEhydride vapor phase epitaxy)法製作,基板的線差排密度(threading discolation density)小於1×106 cm-2。半導體雷射結構的成長採用MOCVDmetal organic chemical vapor deposition)法。該產品為增益導引(Gain Guided)型雷射,寬度為10 μm、共振器長600 μm

 

 

原始論文:

 “531 nm Green Lasing of InGaN Based Laser Diodes on Semi-Polar {2021} Free-Standing GaN Substrates”, Appl. Phys. Express 2 (2009) 082101

中文新聞來源:

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/47144-20090722.html

 
 
 
版權所有   國立臺灣大學電機資訊學院光電工程學研究所   http://gipo.ntu.edu.tw/
歡迎轉載   但請註明出處   http://gipo.ntu.edu.tw/monthly.htm/