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研究生： 湯富雄
Fu-Syong Tang
論文名稱： 苯二甲藍銅之熱處理對有機電致發光元件之影響
Thermal annealing effect of copper phthalocyanine on the performance of organic light-emitting diode
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： 68
中文關鍵詞： 苯二甲藍銅 、有機發光 、熱處理 、粗糙度 、驅動電壓
外文關鍵詞： CuPc, OLED, Thermal annealing, surface roughness, Driving voltage
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    • 摘要
    本研究主要探討電洞注入材料苯二甲藍銅 (Copper phthalocyanine, CuPc) 於不同溫度熱處理時對有機發光二極體 (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) 發光效能之影響；實驗結果顯示，施以110 至 130 ℃之熱處理溫度時，可降低OLEDs驅動電壓並改善其漏電流情形；其中，又以120 ℃的熱處理溫度，可使OLEDs發光效能獲得最大提升；經原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM) 及低掠角X光繞射 (Grazing Incidence X-Ray Diffraction, GIXRD)分析後發現，其發光效能之提升，可歸因於CuPc在適當熱處理後，能有效減少CuPc 薄膜表面的尖刺發生，進而降低表面粗糙度所致。
    由 AFM 分析可知，元件效能之增進，可歸因於CuPc 經120℃熱處理後，消除了可能導致元件損壞之表面尖刺，改善了其與鄰接層之界面性質所致，當進一步提高熱處理溫度至 130℃ 時，表面產生許多細小尖刺，表面粗糙度變大，使得元件在最大亮度、驅動電壓、效率等表現變差；而熱處理溫度為 160℃ 時，CuPc 表面的細小尖刺成長為柱狀物，導致的元件發光效能劣化情況更為嚴重。

    觀察不同溫度熱處理對元件漏電流之影響發現，120℃熱處理可有效降低元件漏電流，此發現與AFM及低掠角X光繞射分析結果一致，可歸因於120℃熱處理，使CuPc表面粗糙度變小，並消除了可能導致元件損壞之表面尖刺，有效減少界面缺陷，改善了其與鄰接層之界面性質，當溫度提高到160℃時，CuPc晶粒成長，結晶性變高，造成表面粗糙度變大，界面缺陷增加，導致元件漏電流大幅增加。

    壹、 緒論………………………………………………………………1 貳、 文獻回顧…………………………………………………………4 2-1、有機電致發光發展…………………………………...4 2-2、有機電致發光原理………………………………………...8 2-3、元件材料…………………………………………………12 2-4、加入電洞注入層(CuPc)之影響….………………………14 2-5、元件損壞原因…………………………………………….15 參、 實驗方法………………………………………………………..20 3-1、材料……………………………………………………….20 3-2、基材清洗步驟…………………………………………….20 3-3、蒸鍍裝置………………………………………………….21 3-4、單體沈積速率之鑑定…………………………………….22 3-5、元件製備………………………………………………………22 3-6、電流-電壓-亮度關係曲線圖之量測……………………………23 3-7、發光效率之計算………………………………………………24 3-8、原子力顯微鏡分析…………………...………………...…24 3-9、X光繞射分析………...………………...………………25 肆、 結果與討論……………………………………………………26 4-1、石英震盪膜厚計之校正………………………………….26 4-2、電洞注入層 CuPc 對元件發光效能之影響…………….27 4-3、熱處理CuPc對元件發光效能之影響……………….…...28 4-4、原子力顯微鏡觀察……………….…….……………………..30 4-5、低掠角X光繞射分析……………………..……………….…...32 4-6、元件漏電流表現探討……………….………………………..33 伍、 結論………………………………………………………………35 陸、 參考資料…………………………………………………………37 表目錄 表一、膜厚校正值……………………………………..…………………42 表二、加入電洞注入層CuPc前後之元件表現……..………………….43 表三、CuPc熱處理溫度對元件表現之影響..……..……………………44 表四、不同溫度熱處理對CuPc薄膜表面之影響……………….………..45 圖目錄 圖一、雙層元件之結構及能階示意圖……………………………….….46 圖二、載子再結合區域位於具電洞傳輸功能的發光層上……….….…47 圖三、載子再結合區域位於發光層上…………………………………..48 圖四、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.…..49 圖五、有機電致發光元件之結構及能階示意圖…………………….…..50 圖六、電子與電洞經再結合後之能量分配及能階示意圖……….……..51 圖七、有機材料之化學結構示意圖………………………………...........52 圖八、真空蒸鍍聚合系統之示意圖………………………………….......53 圖九、元件結構圖…………………………………………………………54 圖十 (A)、有無電洞注入層CuPc 對綠光元件 (ITO/NPB/Alq3/LiF/Al)電流-電壓之影響圖………………………………….……………...55 圖十 (B)、有無電洞注入層CuPc 對綠光元件 (ITO/NPB/Alq3/LiF/Al) 發光亮度-電壓之影響圖………………………..………………………...56 圖十一、元件 ITO/CuPc/NPB/Alq3/LiF/Al之能階圖……………………57 圖十二 (A)、電洞注入層 CuPc 熱處理溫度對綠光元件 (ITO/CuPc/ NPB/Alq3/LiF/Al) 電流-電壓之影響圖………………...…..…………...58 圖十二 (B)、電洞注入層 CuPc 熱處理溫度對綠光元件 (ITO/CuPc/ NPB/Alq3/LiF/Al) 發光亮度-電壓之影響圖…………………………...59 圖十三 (A)、CuPc薄膜無熱處理之表面AFM圖..……………………60 圖十三 (B)、CuPc經110℃熱處理後之表面AFM圖…………………61 圖十三 (C)、CuPc經120℃熱處理後之表面AFM圖…………………62 圖十三 (D)、CuPc經130℃熱處理後之表面AFM圖…………………63 圖十三 (E)、CuPc經160℃熱處理後之表面AFM圖…………………64 圖十四 (A)、CuPc 未經熱處理之低掠角X光繞射圖………………...65 圖十四 (B)、CuPc 經120℃熱處理後之低掠角X光繞射圖…………66 圖十四 (C)、CuPc 經160℃熱處理後之低掠角X光繞射圖…………67 圖十五、電洞注入層 CuPc 熱處理溫度對OLED元件 (ITO/CuPc/NPB/ Alq3/LiF/Al) 漏電流-電壓之影響圖……………...…………………...68

    陸、參考資料

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