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黃維揚與團隊研究出一種嶄新的高效能金屬有機磷光材料,獲頒2013年國家自然科學獎二等獎。香港文匯報記者劉國權 攝
香港文匯報訊(記者 鄭伊莎)有機發光二極管(OLED)是當今最具發展潛力的光電科技及顯示技術,在學術以至工業界都掀起研究熱潮。浸會大學化學系副系主任黃維揚與其研究團隊,成功將OLED發光材料的基本組合「3變2」,讓用以產生紅、綠、藍「三原色」的三種材料,以只使用藍色、橙色(或黃色)兩種顏色的新材料取代,簡化整體製造流程。以發光效率計,其雙層新發光材料比傳統熒光燈可高出四成至1.5倍,讓成本節省三成。除用於OLED外,研究於太陽能電池、光限幅材料的領域都有顯著應用前景,為未來節能照明光源的發展奠基,上月獲頒2013年度「國家自然科學獎二等獎」殊榮。
是次獲獎項目為「多功能金屬有機聚合物/磷光材料及其在新興領域的應用研究」,相比起研究基礎較佳的熒光材料,同樣用於OLED發光的磷光材料屬於光電能源中新興的研究領域。2006年開始研究金屬有機磷光材料的黃維揚介紹指,磷光材料之所以引起關注,因為其能量轉換率可高達100%,遠比熒光材料的25%高。不過,熒光材料在壽命方面具有優勢,故現時很多顯示器等仍會採用。
發光效率最高可增1.5倍
現時包括OLED等發光顯示技術中的白光,基本都是由紅、綠及藍3色光結合產生,黃維揚解釋指,要利用3層色的光結合成白光,一般需要分別使用3種材料,「由於每層的化學結構複雜,所以製造層次越多會越為複雜,須兼顧較多考慮因素」,而他的研究則專注於利用兩色光,即藍色,加上橙或黃色結合以產生白光,並同時保持3層色光的質量,例如「演色性指標」(CRI,Color Rendering Index)的高低決定了光源對顏色表現的逼真程度,而其兩層的CRI目前可達到接近97%,反映白光的質量高。
至於發光效率的參數指標「lm/W」,即每消耗一瓦(Watt)電力所輸出光度lm,黃維揚稱傳統的熒光燈可做到40lm/W至70lm/W,而其雙層白光則已超過100lm/W,意味效率高出四成二至1.5倍。若以製作成本計,則可望較現有做法節省三成。
研材料再升級成「單層白光」
另外,黃維揚目前亦正研究將兩層材料進一步結合成「單層白光」,希望令OLED的應用層面更廣,他說:「製造原理簡單,把藍橙混合後變為單層,方法類似噴墨技術,便可做到更大面積的器件,例如電視機。」而有關做法的發光效率則約有47lm/W,亦能追上熒光燈的最低水平。
除OLED的應用,有關新材料亦可用於光電轉換器件包括有機太陽能電池、光限幅材料,可降低極光的強度,保護眼睛,及避免部分感光、測光器件受破壞。他期望,未來能夠加強新材料在能量轉換效率、顏色調控、以及壽命等方面的功能,並研究如何轉用較為便宜的重金屬,進一步減低製造成本。
黃維揚又憶述,要由零開始研發新材料毫不簡單,如2009年開始研究「單層白光」時,只能做到20lm/W至40lm/W的低效率,「遇過很多痛苦的經驗,每種材料也要試驗不同的材料結構」,當中即使不同材料組合的百分比相差微小,結果差異也很大。
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