使用共主體結構高效率螢光白光有機發光二極體之研製

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研究生：	沈仕旻 Shih-Ming Shen
論文名稱：	使用共主體結構高效率螢光白光有機發光二極體之研製 Fabrication Study of High-Efficiency Fluorescent White Organic Light-Emitting Diodes Using Mixed-Host Structure
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：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	103
中文關鍵詞：	高能量轉移效率、有機發光二極體、螢光
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利用薄層元件結構、適當之元件能階設計、高發光效率之橘黃光染料，高能量轉移效率之深藍光、藍光主體材料，並以溶劑預溶均勻混合主、客發光材料混合物為源蒸鍍，製備了一系列使用共主體系統之高效率螢光白光有機電致發光二極體（Organic Light- Emitting Diode,OLED）；發光層材料有主體N,N’-bis-(1-naphthy)-N,N’di-
phenyl-1,1’-biphenyl-4-4’-diamine及2-(N,N-diphenylamino)
-6-[4-(N,N-diphenylamino)styryl]Naphthalene，另摻雜橘黃光染料5,6,11,12-tetrapheny-lnaphthacene；電洞傳輸材料為N,N,N’,N’-tetra(naphthalene-2-yl)phenylenediamine，電子傳輸材料為1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene；所得元件結構，使電洞極易進入發光層中，電子則藉由低能障階梯進入，而使電洞電子結合率提高，加上高能量轉移效率的主體材料，將激態能量有效轉移至客發光分子，而得高發光效率；所得雙波長純白光OLEDs元件中，最大發光效為11.5 lm/W或12.3 cd/A，在元件亮度為100 cd/m2時，其1931國際照明標準委員會（Commission International de L’Eclairage，CIE）色座標為（0.33, 0.36），此元件最大發光亮度為16,200 cd/m2；在亮度從100變化至10,000 cd/m2時，其CIE色座標變化均小於
（0.02, 0.01）；在泛白OLEDs元件中，最大發光效率為12.8 lm/W或13.5 cd/A，在100 cd/m2時，其CIE色座標為（0.36 0.40），此元件最大發光亮度為18,400 cd/m2；在亮度從變化至10,000 cd/m2時，其CIE色座標變化均小於（0.02, 0.02）。

目錄
獻…..……………………………………………………………………...I
摘要.………….………………………………………………………….II
致謝.……..…………..………………………………………………… III
目錄….....................................................................................................VII
表目錄.……………….………………………………………………….X
圖目錄.……….……………………………………………….………...XI
壹、    緒論…………………………………………………………………1
貳、    文獻回顧..………………………………………………………......4
2-1、有機發光二極體的歷史發展…………………….. .…….…...4
2-2、發光原理……………………………………………………....8
2-3、有機發光材料…………….………………………………….14
2-4、白光有機發光二極體之發展………………………….….....16
2-4-1、單層發光白光元件…………………………………......18
2-4-2、積層發光白光元件…………………………………......22
參、    實驗方法..…………………………………………………………28
3-1、材料……..…..…………………………………….………….28
3-2、蒸鍍裝置……………...……………………………..……….29
3-3、蒸鍍速率之測定與校正.….………………………………....29
3-4、蒸鍍源之製備..………………………………………………30
3-5、基材清洗…….....…………….……………………………....30
3-6、元件之電路設計…………….….…………………………....31
3-7、負電極之製備….……………….……………………………31
3-8、元件電流、電壓與亮度特性量測.………………………....32
3-9、發光效率之計算…….……………………………………....32
3-10、電致發光光譜（electroluminescent spectra）量測….…....33
3-11、光激發光光譜（photoluminescent spectra）量測….……..33
3-12、紫外光吸收光譜（ultraviolet visible, UV-vis）量測….….33
3-13、最高已填滿分子軌域（highest occupied molecular orbital, HOMO）及最低未填滿分子軌域（lowest unoccupied molecular orbital, LUMO）之量測………………….…....34
肆、    結果與討論……………………………………………………35
4-1、高效率藍光OLED元件……………………………………...35
4-1-1、元件結構及鍍膜參數………………………………….35
4-1-2、元件之亮度-電壓-電流密度關係……………………...35
4-1-3、元件發光效率……………….…………………………36
4-1-4、元件之電致發光光譜………………….…….…………39
4-1-5、元件CIE色座標……………………………………….40
4-2、高效率雙波長純白光OLED元件………………………… 41
4-2-1、元件結構及鍍膜參數…………………………….……41
4-2-2、元件之亮度-電壓-電流密度關係……………….……..41
4-2-3、元件發光效率….…………….…………………………43
4-2-4、元件之電致發光光譜…………………….…….………46
4-2-5、元件CIE色座標……………………………….……….47
4-2-6、元件光色安定性………………………………………..47
4-3、高效率雙波長白光OLED元件…………………………… 49
4-3-1、元件結構及鍍膜參數………………………………….49
4-3-2、元件之亮度-電壓-電流密度關係……………………...49
4-3-3、元件發光效率……………….…………………………50
4-3-4、元件之電致發光光譜………………….…….…………51
4-3-5、元件CIE色座標……………………………………….51
4-3-6、元件光色安定性……………………………………….52
伍、結論…………………………………………………….…………..53
陸、參考資料……………………………………………………………55
柒、表與圖……………………………………………………………...60


表目錄
表一、不同色光之波長、HOMO-LUMO能階差及CIE座標…..…..60
表二、所用有機材料的膜厚校正值…………………………………...61
表三、不同DPASN摻雜濃度之藍光OLEDs元件發光特性.…..…...62
表四、不同DPASN摻雜濃度之白光OLEDs元件發光特性………..63
表五、Rubrene濃度對白光OLEDs發光特性之影響……………......64


圖目錄
圖一、美國柯達公司於1987年首創異質接面之雙層元件結構及能階示意圖…………………………... ……………………………..65
圖二、英國劍橋大學Calvendish實驗室利用共軛聚合物所發表的單層有機電致發光元件結構圖…...………………………………...66
圖三、日本Saito研究群提出載子再結合區域位於具電洞傳輸功能的發光層上之元件結構………………………….…….…………67
圖四、1991年Adachi等人發表的三層OLED元件結構圖……….,.68
圖五、1992年日本Kido教授提出一種具有幽禁層（confinement  layer）構造之三層OLED元件結構….…………..………......69
圖六、有機電致發光元件之結構及能階示意圖……………………..70
圖七、電子與電洞經再結合後之能量分配及能階示意圖…………..71
圖八、F□rster與Dexter兩種能量轉移機制示意圖…….…..……….72
圖九、1931國際照明標準委員會（Commission International de L’Eclairage）色座標………………………….………………..73
圖十、單層型白光元件結構：(a)三波長白光OLED元件及（b)雙波長白光OLED元件…..............................................................74
圖十一、積層型白光OLEDs結構：（a）三波長白光OLED元件及（b）雙波長白光OLED元件……..………..……..….……...……75
圖十二、有機材料NPB、DPASN、Rubrene及TPBi之化學結構式
 …..…………………………………………………………...76
圖十三、真空蒸鍍聚合系統之示意圖...………………………..….....77
圖十四、OLED元件之電路設計及其製作流程圖………....…….….78
圖十五、OLED元件之電流-電壓-亮度（I-V-B）及CIE色座標量測
示意圖………..……..……...……………………...…….…...79
圖十六、藍光OLEDs之元件結構圖.....…...……….……..….……...80
圖十七、DPASN摻雜比例對藍光OLEDs元件發光亮度之影響.….81
圖十八、DPASN摻雜比例對藍光OLEDs面電流密度之影響….….82
圖十九、DPASN摻雜比例對藍光OLEDs發光效率之影響………..83
圖二十、主體NPB之PL光譜及藍光染料DPASN之UV-vis吸收
光譜，NPB之吸收光譜與DPASN之PL光譜（插圖）....84
圖二十一，主體材料NPB摻雜各濃度DPASN之PL光譜…….…..85
圖二十二、藍光OLEDs之能階結構圖................................................86
圖二十三、DPASN摻雜比例對藍光OLEDs元件EL光譜之影.......87
圖二十四、DPASN摻雜比例對藍光OLEDs元件 CIE 色座標之影響
…..…………….…..………………………………….…...88
圖二十五、雙波長白光OLEDs元件結構圖…....................................89
圖二十六、DPASN摻雜比例對雙波長白光OLEDs發光亮度之影響..90

圖二十七、DPASN摻雜比例對雙波長白光OLEDs面電流密度之影響
…..………………....………………………………….…...91
圖二十八、雙波長白光OLEDs之能階結構圖....................................92
圖二十九、DPASN摻雜比例對雙波長白光OLEDs發光效率之影響..93
圖三十、主體材料NPB與DPASN之PL光譜及客發光分子Rubrene
  之UV-vis吸收光譜................................................................94
圖三十一、主體NPB與DPASN分別摻入客發光分子Rubrene前後之  PL光譜……………………………….……………………95
圖三十二、DPASN摻雜比例對雙波長白光OLEDs 元件EL光譜之影響…………………………………………………………96
圖三十三、DPASN摻雜比例對雙波長白光OLEDs 元件CIE色座標影響………………………………………………………97
圖三十四、外加電壓對雙波長白光OLEDs元件EL光譜及CIE色
          座標(插圖)之影響.............................................................98
圖三十五、Rubrene濃度對雙波長白光OLED發光亮度之影響…99
圖三十六、Rubrene濃度對雙波長白光OLED面電流之影響…..100
圖三十七、Rubrene濃度對雙波長白光OLED發光效率之影響..101
圖三十八、Rubrene濃度對雙波長白光OLED光色之影響……..102
圖三十九、Rubrene濃度對白光OLEDs EL光譜之影響………..103

                                

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