LIGHTING JAPAN 2016 特別報導系列二

刊登日期:2016/1/15
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廖鎔榆、陳品誠、曾峰柏、吳禹函、林志浩、曾寶貞

照明技術研討會
由Reed Exhibitions集團所主辦的展會有一項特色,就是每一場展會都會搭配精采而豐富的技術研討會,這些切合潮流趨勢的主題規劃都來自該領域產學專家所組成的技術委員會。今年的LIGHTING JAPAN開幕首場基調演講即邀請到2014年諾貝爾物理獎得主中村修二先生蒞會演講。

中村先生在開場前花了相當多時間釐清日本國內媒體對他獲獎內容的誤解,他對日本媒體(包括文部省)指他以「量產化技術」獲獎深不以為然。中村表示,光靠量產技術或製造技術的開發是無法獲得諾貝爾物理獎的。他強調他是以「對LED的實用級明亮度與效率化做出許多貢獻」才獲頒此獎。

中村先生於1993年首度發明高效率藍光LED,並使用此藍光LED與YAG螢光體於1996年開發出世界第一顆白光LED。之後,利用GaN-on GaN技術,使用高效率紫光激發,開發出第二代的高品質白光LED,並已付諸實用化。至於未來,中村則看好LD雷射照明,並將其視為第三代固態照明光源,中村指出在美國已可買到採用LD汽車頭燈的BMW汽車。 


圖一諾貝爾獎得主中村修二的基調演講吸引數百人入場聆聽

 
圖二、中村修二專題演講高效率藍光LED的發明與固態照明光源

展會第二天的技術研討會,在尖端OLED材料元件的開發動向方面,有三家重要單位發表其在溶液製程的進展。其中,山形大學城戶淳二教授發表了軟性封裝技術,使用的是熱固型樹脂做為貼合OLED下板與阻氣層上板。利用奈米銀線與導電高分子材料做為取代ITO的導電技術,並得到與ITO類似的元件性質,以及更佳的壽命表現(圖三、圖四)。


圖三、以熱固性樹脂貼合軟性元件上下板 

 
圖四、以奈米銀線與導電高分子圖層取代傳統ITO電極

 

另外,其利用互不相溶溶劑(Orthogonal Solvent),分別塗佈HIL(水)、HTL(or IL, p-Xylene)、EML (Dimethoxyethane)以及ETL(2-propanol)等四層有機材料。更使用此技術,成功製作溶液製程的白光Tandem堆疊元件(圖五、圖六)。 

 
圖五、利用四種不互溶溶劑分別圖佈四層有機材料
 

圖六、利用不互溶溶劑技術,製作Tandem元件

另外一場主題為”OLED照明應用和實用化展望” 的研討會,則分別由OSRAM、Konica Minolta和LG Display三家公司的講者介紹該公司的布局。三位講者對於技術部分皆著墨不多;OSRAM的Karsten Diekmann首先闡述OLED目前多以Niche市場為主,而該公司選擇著重在車用市場,主因是該市場可接受以創新為驅動力的新技術,因此較能忍受現階段OLED的高單價。另外,他也提出OLED最重要的特色為可撓曲性(Flexibility)及可分割性(Segmentation),此特徵在車用市場也相當重要(圖七)。OSRAM預計,2016年開始量產車用OLED,會先從車內照明及後車方向燈的應用切入,目前在量產的良率上仍有改善的空間,主要是高溫測試對壽命(L70)的變異性相當敏感。此外,OSRAM也規劃將於2019年開始量產一般照明用OLED。


圖七、OLED特徵重要性排名

Konica Minolta公司的Reona Kubota則強調,Flexible OLED的特色是一種自發光的可撓曲燈具,該公司已經製作出100種以上的燈具,並且進行市場調查。建議OLED燈具未來除了機能性的提升外,也可著重在新文化的推廣,如教育性、安全性等更高價值的應用,才能將目前處於早期採用者(Early Adopters)推進到早期大眾(Early Majority)都願意接受的階段。

最後一位登場的講者為LG Display的Hye-Cho Shin,他展示了該公司於OLED燈具推廣的現況。LG Display大量提供OLED燈具給全世界各地的設計師或使用者,以便蒐集更多的使用經驗。最後他也認為目前OLED價格仍高,因此往高階應用、醫療照護、車用是短期較有機會的市場。LG Display也將提供各種尺寸及幾何形狀的OLED燈具來滿足各種應用情境的需求(圖八)。

 
圖八、LG Display可提供之各種形式的OLED燈片

穿戴式技術正當紅
今年第二度登場的穿戴式元件技術展仍然是展會焦點中的焦點,在多家廠商推出 Demo活動下,整個會場擠滿了參觀人潮,以萬頭鑽動、水洩不通來比擬並不為過。

除了穿戴式虛擬實境技術及智慧衣外,今年印製性電子材料(Printed Electronic Materials)技術可謂進步神速;今年的展示已可將金屬導體印於不同基材上,如Cemedine公司可將低溫硬化導電膠材料網印於PET、PI、PEN、Glass、ITO Glass及Silicon Rubber等材質上。當網印L/S=200/200 μm線路於PET(100μm)膜上時,經過9,000次U型撓折測試後,電阻約增加2倍,但是印製線路都沒有剝離(Peel)現象發生。Cemedine公司將導電材料網印在PET薄膜上烘烤硬化後試片,放置於展場供現場參觀人員搓揉,經過多次搓揉後,其線路仍可完好如初,並沒有剝落,如圖九所示。此外,Cemedine公司也可將金屬導體印於織物上,如圖十所示。


圖九、 Cemedine公司印製導電材料經搓揉無剝落現象

 
圖十、 Cemedine公司將導電材料印於織物

除了Cemedine公司外,DuPont公司也展示了相同的技術。DuPont公司將不同低溫硬化導電膠油墨印於各種基材上(圖十一),可做為不同用途使用。當基材經過熱定型後,線路會跟著變形,但是不會產生斷線,如圖十二所示。當印製在衣物上時(圖十三),可當作生物訊號傳導線路或是智慧衣的線路迴路。印製後,基材經過拉伸或清洗,並不會破壞線路的完整性。


圖十一、DuPont公司印製導電油墨於不同基材上

 
圖十二、 DuPont公司印製導電油墨於基材上經熱定型後線路完好如初

 

圖十三、DuPont公司印製導電油墨於衣物上

除了Wearable EXPO展場外,其餘展區也有印製導電膠材料發表。上述印製於衣物上之導電油墨,材料電阻值要求不會太嚴苛,大約10-4Ω·cm等級即可,但是當其作為訊號傳輸用途時,烘烤後導電膠電阻值必須更低,才能有效傳輸訊號。Daicel公司發表其低溫燒結奈米銀膠,燒結後,如圖十四所示,電阻值<10μΩ·cm。TOYO公司發表高精細印刷用導電銀膠,印製烘烤後(圖十五),與PET及ITO密著性佳,L/S=20/20 μm,電阻值為5*10-5Ω·cm。 


圖十四、Daicel公司低溫燒結奈米銀膠 

 
圖十五、TOYO公司高精細印刷用導電銀膠

另外,阪東化學株式會社(Bando Chemical Industries, Ltd.)展示了最新開發的伸縮性應變感測器(Stretchable Strain Sensor, C-STRETSH),以橡膠製成的元件伸縮量來感測人體動作上的變化,最大伸長率可達200%(圖十六)。橡膠的柔軟性及伸長量大,能適應大部分的曲面形狀,因此拿來作為穿戴式裝置的基礎材料,能減少人體的不適感及降低皮膚上的存在感。

 
圖十六、 伸縮性橡膠應變感測元件

此感測器的核心技術在於橡膠與氨酯類的材料配比設計,搭配導電材料奈米碳管的分散技術,再結合成熟的薄膜加工技術,創造了具有伸縮性的感測器。現場展示了將感測器製作於手套上,戴上手套的手指可以輕鬆的握拳及伸展,採用靜電容式原理,利用應力與電容的線性輸出變化,來控制機器人細微的手部動作。優點在於元件隨時間裂化小,可反覆重覆高精密動作,以及橡膠的彈性大,放鬆後能迅速彈回,因此反應時間短(圖十七),可以運用在關節運動的感測(圖十八),及肌肉收縮的感測(圖十九)。 


圖十七、反應迅速及應力v.s.電容線性變化

 
圖十八、 關節運動的感測

 
圖十九、肌肉收縮的感測

將感測元件穿戴在胸腔外部,進行呼吸的監控,可明顯分辨出靜態、急促及運動中的呼吸狀態(圖廿)。多指的機械控制(圖廿一),語文輸入的輔助工具(圖廿二)。

 
圖廿、呼吸監控

 
圖廿一、多指控制

 
圖廿二、輸入輔助工具

以上這些應用,除了伸長量對應不同應力下的電容變化,還建立了面積及厚度的理論計算值(圖廿三),開發成產品後將有更多的應用。

 
圖廿三、元件面積變化對應線性電容變化

LED構裝材料與技術
Dow Corning Toray
在LED構裝材料方面,除了信越化學之外,另一個矽膠大廠Dow Corning Toray也參與了這次的展出,展品包含透明封裝材料、LED二次光學用的透明鏡體及LED反射杯材料等三項。光學透明封裝膠部分展出新產品OE-7340及OE-7810,折射率分別為1.41及1.46。其中,OE-7340的高溫耐熱性及抗龜裂性均優於過去該公司的商品OE-6370M。OE-7810則較商品OE-6630有更好的高溫耐熱性。(圖廿四)則是250℃高溫測試的結果。


圖廿四、Dow Corning Toray光學封裝材料250℃耐熱變色測試

Dow Corning Toray在LED反射杯(Reflector)材料部分,開發液態矽膠系統反射材料MS-2002,具有較高的高溫安定性,與目前用於高功率LED的固態Epoxy Molding Compound (EMC)有所區隔,耐熱性也較EMC材料好。可用Transfer Molding的方式成型。實際展品如圖廿五。


圖廿五、Dow Corning Toray開發之LED反射杯材料樣品

Dexerials
Dexerials公司今年展出用於Filp Chip LED構裝用的異方性導電膠LEP系列的LEP3000,這款異方性導電膠主要成分由環氧樹脂及導電粒子所組成,透過導電粒子將晶片的電極與基板電極連結,藉此導通電流以驅動LED。導電粒子平均粒徑為5μm,以分光色度計測得450nm的反射率為60%,具有高耐熱及高耐光等特性。由於採用低溫壓合的製程,因此也用於PET等軟性基板上,展品包含將Flip Chip LED構裝於具有孔穴的塑膠陣列式基板、ITO導電玻璃及軟性基板上的應用,其結構製程示意圖及實際展品如圖廿六~廿七。

 
圖廿六、Dexerial公司Flip Chip LED用異方性導電膠及製程示意圖
 

圖廿七、Flip Chip LED在玻璃及PET基板的應用展品

Dexerial公司今年也展出螢光膠片(Phosphor Sheet)的產品,此產品係將該公司自行開發之綠色及紅色硫化物螢光粉Coating在PET形成,可用於LED背光及照明領域,使用綠色螢光粉及紅色螢光粉組成的RG Sheet或單獨使用綠色螢光粉製作的G Sheet,其色域NTSC面積比均大於目前的白光LED。這項產品在構裝方式上並不是直接貼附在LED晶片表面,而是與LED光源間有一段距離,在Phosphor Sheet上下有擴散板及光學膜,主要是因為該公司自行開發的硫化物螢光粉對於濕氣較敏感,所以需要以擴散板及光學膜保護,其特性及實際展品(圖廿八~廿九)。 

 
圖廿八、Dexerial公司開發之Phosphor Sheet結構及特性介紹

 
圖廿九、Dexerial公司開發之Phosphor Sheet

2016年LIGHTING JAPAN及其他相關展會明天將進入最後一天,本刊特派員將把握機會三進會場,為大家帶來更多現場的第一手觀察與聽講心得,歡迎持續鎖定。

以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:廖鎔榆、陳品誠、曾峰柏、吳禹函、林志浩、曾寶貞來自東京LIGHTING JAPAN 2016現場的Live 報導。

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