Page 28 - 2019年科技部年報

貳•各領域研究發展績效
一、一般專題研究計畫
(一)自然科學
自然科學基礎研究是學術研究及科技人才 的培養的基盤。自然科學研究包括數統、物理、 化學、地球科學、大氣科學、海洋科學、永續、 防災科技與空間資訊等跨領域研究，本部除持續 支持基礎研究，補助具創新與重要性之自由型 研究外，並規劃重點專案計畫，以深化研究成 果，解決科學或人類生存問題，培育自然科學 及數統科學領域研究人才，本年部分重要研究 成果說明如下。
1. 點亮臺灣的炫麗-開發新型雙硼材料極致效能的 有機發光二極體
有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)技術的商業應用已日趨成熟廣 泛，包括行動裝置螢幕、高畫質顯示器及各種 照明燈飾。OLED具備輕薄、自發光、平面光源 及色彩豔麗的優勢，尤其顯示器的可彎曲性與 透明度的特異功能，將實現科幻電影中卷軸般 的顯示器與車窗上的智慧螢幕。OLED更可接 軌虛擬實境(Virtual Reality, VR)與擴增實境 (Augmented Reality, AR)的技術需求，以打 造未來顯示器不再是遙不可及的夢想。清華大學 化學系及材料系研究團隊成功地在「新型雙硼發 光材料元件」研究上有重大突破，新一代綠光 OLED元件之效能為目前世界紀錄，成果已登上 國際光電領域排名第一之《自然光電》(Nature
Photonics )期刊，已在臺灣取得專利，並已申請 美、日、大陸專利。
市售的OLED發光層係由第一代螢光材料或 第二代磷光材料所組成，其中螢光元件的發光效 率約為5%，而磷光元件為20%。由於受限於目前 市售發光材料成本考量，OLED面板的價格通常 較昂貴，尤其磷光材料必須使用昂貴且稀有的金 屬-銥或鉑，因此已有眾多實驗室正積極開發第三 代的發光材料。
目前新一代材料則以熱活化延遲螢光 (thermally activated delayed fluorescence, TADF)為主流，以低成本純有機材料組成，元件
效率可突破傳統螢光低效率限制、匹敵高效率磷 光元件表現，但在高亮度下卻遭遇了很嚴重效率 衰退問題。
由研究團隊進行合成與設計的新型雙硼材 料，具有第三代熱活化延遲螢光特性，而棒狀之 分子形狀使材料於熱蒸鍍下傾向水平排列同時增 進元件出光的效率，經由林致均博士設計的元件 結構突破了傳統螢光及磷光OLED之外部量子效 率限制;配合團隊純熟元件製程與變角度光譜量 測技術，製作出超高效能之綠光OLED元件具有 高達38%的外部量子效率，而元件操作在亮度 1,000cd/m2下僅有0.3%的效率衰減，此元件的 效能表現為目前世界紀錄，將可使新世代「純有 機」發光材料之實用性向前邁進一大步。
臺灣LCD面板產業發展的外在競爭加劇， 目前正面臨產業轉型與技術升級的轉捩點，且國 外大廠在近十年內已取得大量OLED相關專利技 術，包括大陸在近年也正積極擴建OLED面板產 線中，造成本國在OLED面板的發展上已經嚴重 落後日本與韓國。
由於此項雙硼材料係由常見的碳氫硼氮元素 所組成，不需使用貴重金屬原料，且合成的步驟 精簡且容易，克級產出或更大量的製備皆可在實 驗室完成，大幅度降低關鍵發光材料的成本。目 前材料專利的世界佈局已積極進行，可望保有高 效能材料技術的國產化，以推進臺灣面板與照明 產業升級。
研究團隊成果將由「前瞻物質基礎與應用科 學中心」計畫延續開發，朝材料衍生化與OLED 壽命測試之實用性發展，材料商業化的時程將可 推進至2年內完成。未來將推廣研究成果深化至 產業鏈結，引領開創臺灣OLED產業的新方向。
新型雙硼材料打造超高效能 OLED(圖片來源:清華大 學化學系教授鄭建鴻)
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第三篇 支援學術研究