使用溶液製程及小分子主體製備白光有機電致發光二極體

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研究生：	李建宏 Chien-Hung Li
論文名稱：	使用溶液製程及小分子主體製備白光有機電致發光二極體 White Organic Light-Emitting Devices with a Solution-Processed and Molecular Host-Employed Emission Layer
指導教授：	周卓煇 Jwo-Huei Jou
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	99
中文關鍵詞：	有機發光二極體、白光、溶液製程、小分子
外文關鍵詞：	Organic Light-Emitting Device, White, Solution Process, Molecular
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本研究提出一種可使用溶液製程及使用小分子為主體所製作之單一發光層三波段白光有機電致發光元件 (Organic Light Emitting Diode，OLED)，此發光層乃是將紅光染料 bis [2- (2’- benzothienyl)- pyridinato- N, C3’] (acetylacetonate) iridium (III) [Btp2Ir(acac)]、綠光染料 tris (2- phenylpyridine) iridium (III) [Ir(ppy)3]、及藍光染料 bis (3,5- difluoro- 2- (2- pyridyl)- phenyl- (2- carboxypyridyl) iridium (III) (FIrpic)，以溶劑溶解掺雜於一小分子主體 4, 4'- bis(carbazol- 9- yl) biphenyl (CBP)，經旋轉塗佈塗 (spin coating)、加熱乾燥而得；並加入電洞阻礙層 bis- (2- methyl- 8- quinolinolate)- 4- (phenylphenolato) aluminum (BAlq)。此元件結構為indium tin oxide/poly (ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonic acid)/ CBP: Btp2Ir(acac): Ir(ppy)3: FIrpic / BAlq / tris (8- hydroxy- quinoline) aluminum/lithium- fluorine/aluminum。藉由改變染料的掺雜濃度，調整白光元件之發光光色，並探討染料濃度對其發光亮度、發光效率等特性之影響。

研究結果顯示，於12 wt% FIrpic、0.35 wt% Btp2Ir(acac)、0 wt% Ir(ppy)3之掺雜濃度時，得到最接近純白光的元件，其Commission International de L’Eclairage (CIE) 色座標為 (0.339, 0.350)，在1680 cd/m2的亮度下，最大發光效率為2.9 lm/W；在白光範圍內，掺雜濃度為12 wt% FIrpic、0.35 wt% Btp2Ir(acac)、0.4 wt% Ir(ppy)3 之元件，其發光光光色為 (0.342, 0.390)，在550 cd/m2的亮度下，最大發光效率為5.6 lm/W；當亮度從100變化到10,000 cd/m2時，所有元件之光色變化，皆小於 (0.026, 0.016)。

於掺雜濃度為12 wt% FIrpic、0.35 wt% Btp2Ir(acac)、0.2 wt% Ir(ppy)3 之白光元件中加入電洞阻礙層 BAlq，可使發光亮度由5,250 cd/m2升高為12.540 cd/m2，發光效率亦由1.3 lm/W 大幅提升至 4.2 lm/W；當施加電壓從 6 V 改變至 9 V 時，無電洞阻礙層元件之CIE色座標會從 (0.36, 0.40) 移至 (0.33, 0.45)，而具電洞阻礙層之元件則僅從 (0.35, 0.37) 移至 (0.33, 0.38)。

目錄
壹、緒論………………………………………………………………….1
貳、文獻回顧…………………………………………………………….5
2-1 有機電致發光元件之發展歷史……………………………...5
2-2 有機電致發光元件之原理…………………………………...8
2-3 有機電致發光元件之材料………………………………….12
2-4 0OLED與PLED之比較……………………………………20
2-5 白光有機電致發光元件…………………………………….21
    2-5-1 單一發光白光元件…………………………………...22
    2-5-2 積層發光白光元件…………………………………...26
參、實驗方法…………………………………………………………....31
3-1 材料………………………………………………………….31
3-2 元件之電路設計…………………………………………….32
3-3 基材清潔…………………………………………………….32
3-4 主體與發光染料溶液之配製……………………………….33
3-5 旋轉塗佈…………………………………………………….33
3-6 真空蒸鍍…………………………………………………….34
3-7 電流、電壓與亮度元件特性量測………………………….34
3-8 發光效率之計算…………………………………………….35
肆、結果與討論………………………………………………………...36
     4-1 綠光有機發光二極體……………………………………….36
         4-1-1 元件結構…..…………………………………………..36
         4-1-2 0Ir(ppy)3 濃度對綠光元件發光效能之影響………...36
         4-1-3 電洞阻礙層對綠光元件發光效能之影響…..………..37
         4-1-4 有機溶劑及主體材料CBP濃度對綠光元件發光效能之影響…...…………………………………………….38
     4-2 紅光有機發光二極體……………………………………….41
         4-2-1 元件結構…...………………………………………….41
         4-2-2 0Btp2Ir(acac)濃度對紅光元件發光效能之影響…….41
4-3 藍光有機發光二極體……………………………………….42
         4-3-1 元件結構…...………………………………………….42
         4-3-2 0FIrpic濃度對紅光元件發光效能之影響…………..42
4-4 白光有機發光二極體……………………………………….43
    4-4-1 元件結構…...………………………………………….43
         4-4-2 染料濃度對白光元件發光效能之影響…...………….43
         4-4-3 白光元件再現性…..………………………………….47
         4-4-4 光色安定性…..……………………………………….48
         4-4-5 有無電洞阻礙層對白光元件發光效能之影響…….48
伍、結論………………………………………………………………..51
陸、參考資料…………………………………………………………..52

表目錄
表一、蒸鍍材料的膜厚校正……………………………………………59
表二、Ir(ppy)3掺雜濃度對綠光元件發光效能之影響………………..60
表三、電洞阻礙層BAlq之有無對綠光元件發光效能之影響.……...61
表四、有機溶劑及主體CBP濃度對綠光元件發光效能之影響；所掺雜之綠光染料Ir(ppy)3為4 wt%..............................................................62
表五、Btp2Ir(acac)掺雜濃度對紅光元件發光效能之影響…………...63
表六、FIrpic掺雜濃度對藍光元件發光效能之影響…………………64
表七、FIrpic、Ir(ppy)3及Btp2Ir(acac)掺雜濃度對白光元件發光效能之影響……………………………………………………………………..65

圖目錄
圖一、雙層元件之結構及能階示意圖………………………………....66
圖二、載子再結合區域位於具電洞傳輸功能的發光層上之示意圖....67
圖三、載子再結合區域位於發光層上示意圖…………………………68
圖四、第一個利用共軛高分子溶液塗佈製備的單層高分子有機電致發光元件…..………………………………………………………………..69
圖五、載子再結合區域分別在具電洞與電子傳輸功能的發光層上之示意圖…..…………………………………………………………………..70
圖六、有機電致發光元件之結構及能階示意圖………………………71
圖七、電子與電洞經再結合後之能量分配及能階示意圖…………....72
圖八、單一發光白光元件結構，(a)全波段元件，(b)雙波段元件……...73
圖九、積層發光白光元件結構，(a)全波段元件，(b)雙波段元件……...74
圖十、本研究所使用之有機材料化學結構式………………………....75
圖十一、元件之電路設計及製作流程…………………………………76
圖十二、本研究所使用之真空蒸鍍裝置………………………………77
圖十三、本研究所使用之綠光元件結構……………………………....78
圖十四、Ir(ppy)3掺雜濃度對綠光元件發光亮度之影響…….………..79
圖十五、Ir(ppy)3掺雜濃度對綠光元件發光效率之影響………….…..80
圖十六、電洞阻礙層BAlq之有無對綠光元件發光亮度及效率之影響………………………………………………………………………..81
圖十七、有機溶劑及主體CBP濃度對綠光元件發光亮度之影響
…………………………………………………………………………..82
圖十八、有機溶劑及主體CBP濃度對綠光元件發光效率之影響
…………………………………………………………………………..83
圖十九、本研究所使用之紅光元件結構……………………………..84
圖二十、Btp2Ir(acac)掺雜濃度對紅光元件發光亮度及效率之影響
…………………………………………………………………………..85
圖二十一、本研究所使用之藍光元件結構…………………………..86
圖二十二、FIrpic掺雜濃度對藍光元件發光亮度及效率之影響
…………………………………………………………………………..87
圖二十三、本研究所使用之白光元件結構圖………………………..88
圖二十四、Btp2Ir(acac)掺混濃度對白光元件發光亮度及效率之影響
…………………………………………………………………………..89
圖二十五、Btp2Ir(acac)掺混濃度對白光元件電致發光光譜之影響
…………………………………………………………………………..90
圖二十六、Ir(ppy)3掺混濃度對白光元件發光亮度之影響………….91
圖二十七、Ir(ppy)3掺混濃度對白光元件發光效率之影響……..…...92
圖二十八、Ir(ppy)3掺混濃度對白光元件電致發光光譜之影響
…………………………………………………………………………..93
圖二十九、FIrpic掺混濃度對白光元件發光亮度及效率之影響
…………………………………………………………………………..94
圖三十、FIrpic掺混濃度對白光元件電致發光光譜之影響………...95
圖三十一、施加電壓對白光元件電致發光光譜之影響……………..96
圖三十二、電洞阻礙層BAlq之有無對白光元件電致發光光譜之影響
…………………………………………………………………………..97
圖三十三、電洞阻礙層BAlq之有無對白光元件發光亮度及效率之影響………………………………………………………………………..98
圖三十四、本研究所使用之白光元件能階圖………………………..99

                                

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