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研究生： 賴一銘
Lai, I-Ming
論文名稱： 含新穎高分子主體之高效率藍光有機發光二極體
A Novel Polymer Host for High-Efficiency Blue Organic Light-Emitting Diode
指導教授： 周卓煇
Jou, Jwo-Huei
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： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 76
中文關鍵詞： 有機發光二極體 、高分子 、藍光 、高效率
外文關鍵詞： OLED, polymer, efficiency, blue
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    • 本研究係使用一新穎高分子主體材料poly[3-(carbazol-9-ylmethyl) -3-methyloxetane] (RS-12)，混摻客體材料bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl) -phenyl-(2-carboxypyridyl) iridium (III) (FIrpic) 作為發光層，成功製備一高效率藍磷光高分子有機發光二極體（Polymer Light-Emitting Diode, PLED）；在亮度超過100 cd/m2時，其能量效率高達29.7 lm/W；在亮度1,000 cd/m2下，可達17.8 lm/W；獲得此高效率元件之方法有四：第一，使用寬能隙之RS-12，有效驅動藍光染料，使主體產生的能量傳遞給客體發光，同時，避免能量回傳之缺陷產生；第二，摻雜高濃度之客體染料，增加電子注入至發光層，以提升電子電洞再結合機率，第三，使用適當薄化之發光層厚度，可有效降低元件驅動電壓，且平衡載子注入；第四，使用預熱之發光層溶液，製備發光層薄膜，使發光層的成膜性佳，減少相分離，避免載子流失，進而增加載子於發光層內再結合機率。

    目錄 獻.................................................................................................................I 致謝........................................................................................II 摘要..........................................................................................................IV 目錄..........................................................................................................V 表目錄...................................................................................................VIII 圖目錄.....................................................................................................IX 壹、 緒論.................................................................................................1 貳、 文獻回顧.......................................................................................3 2-1 有機發光二極體的歷史發展.....................................................3 2-2 發光原理....................................................................................8 2-2-1 電激發磷光發光機制.......................................................12 2-2-1-1 能量轉移方式..........................................................12 2-2-1-2 載子捕捉方式..........................................................15 2-2-1-3 元件電流的限制......................................................15 2-3 OLED所使用之有機材料..........................................................18 2-3-1 電極材料..........................................................................18 2-3-2 電洞注入/傳輸材料........................................................18 2-3-3 電子傳輸/注入材料..........................................................19 2-4藍光磷光OLED/PLED之發展...................................................21 2-4-1 主體材料開發...................................................................21 2-4-2 客體發光材料開發...........................................................22 2-4-3 元件結構設計.........................................................23 參、 實驗方法........................................................................................26 3-1 材料..............................................................................................26 3-2 材料性質量測..............................................................................28 3-2-1 材料玻璃轉換溫度（glass-transition temperature）之量測...................................................................................... 28 3-2-2 光激發光光譜（photoluminescent spectrum, PL spectrum）之量測..............................................................................28 3-2-3紫外光吸收光譜（ultraviolet visible absorption, UV-Vis absorption）之量測........................................................29 3-2-4 游離能（ionization potential, Ip）及能隙(energy gap, Eg)之量測..................................................................29 3-2-5 力調變顯微鏡 ( force modulation microscopy, FMM)之量測…………………………………………………… 29 3-3 元件設計及製備..........................................................................30 3-3-1 主體與發光染料溶液之配製...........................................30 3-3-2 蒸鍍裝置.........................................................................30 3-3-3 蒸鍍速率之測定與校正.................................................32 3-3-4 元件之電路設計...............................................................34 3-3-5 基材清洗.........................................................................35 3-3-6元件製作......................................................................36 3-3-6-1旋轉塗佈......................................................36 3-3-6-2蒸鍍製程.....................................................36 3-4 元件電流、電壓與亮度特性量測..............................................37 3-4-1 發光效率之計算.........................................................38 3-4-2 電致發光光譜之量測...................................................38 肆、 結果與討論....................................................................................39 4-1、新穎高分子磷光主體材料之物理性質....................................39 4-2、主體材料對藍光元件之影響...................................................41 4-3、客體摻雜濃度對元件之影響....................................................43 4-4、發光層厚度對元件之影響....................................................47 4-5、發光溶液受熱溫度對元件之影響............................................54 伍、 結論...............................................................................................65 陸、 高分子主體材料合成步驟............................................................66 6-1 RS-12之合成步驟................................................................66 6-2 SL-74之合成步驟..............................................................68 柒、 參考文獻........................................................................................71 附錄、 個人著作......................................................................................75 表目錄 表一、本研究所用之材料的膜厚校正值…………………………33 表二、高分子主體材料之光學及物理特性表……………………40 表三、摻雜16 wt%之藍光染料所製備之元件效率……….…...43 表四、加熱三種高分子主體材料之元件表現總表…………………60 表五、三種主體材料加熱後和PVK加熱前之FMM phase和Interface Ratio數據………..................................................................62 圖目錄 圖一、美國柯達公司於1987年首創之雙層元件結構及能階示意圖………………………………………………..…………..4 圖二、英國劍橋大學Calvendish實驗室，利用共軛聚合物PPV，所發表的單層有機電致發光元件結構圖……………...…………….5 圖三、1995年Kido教授提出的白光元件結構……………..………6 圖四、1999年Yang Yang教授提出的元件結構圖……………...….7 圖五、2007年Yang Yang教授提出之改善電洞注入之元件結構....7 圖六、有機發光元件之結構及能階示意圖……………………...…….9 圖七、電子與電洞經再結合後之能量分配圖…………………..…….11 圖八、Förster與Dexter兩種能量轉移機制示意圖…………………13 圖九、2008年鄭建鴻教授所製作之高效率元件和所使用之新穎主體及客體材料…………………………………………………….22 圖十、2005年陳錦地教授所使用之新穎主體及客體材料…....…23 圖十一、2006年Franky So教授所使用之元件結構…….....……..…24 圖十二、2008年許慶豐教授所使用之高效率PLED元件結構及新穎高分子電子傳輸材料PDFPE…………..……………………25 圖十三、實驗所用之有機材料分子之化學結構式…….……………27 圖十四、真空蒸鍍系統之示意圖………………………...……………31 圖十五、OLED元件之電路設計圖……………………...…………34 圖十六、OLED元件特性量測示意圖……………………...………37 圖十七、高分子藍光元件能階結構圖……………………...…………41 圖十八、高分子材料的元件電致發光譜圖………………...…………42 圖十九、摻雜濃度對主體材料RS-12元件亮度之影響………..…44 圖二十、摻雜濃度對主體材料RS-12元件效率之影響……..……44 圖二十一、摻雜濃度對主體材料SL-74元件亮度之影響….……….45 圖二十二、摻雜濃度對主體材料SL-74元件效率之影響.…….……45 圖二十三、摻雜濃度對主體材料PVK元件亮度之影響………..…46 圖二十四、摻雜濃度對主體材料PVK元件效率之影響…………..46 圖二十五、以RS-12製作之發光層厚度對元件亮度之影響…………48 圖二十六、以RS-12製作之發光層厚度對元件電流密度之影響……48 圖二十七、以RS-12製作之發光層厚度對元件效率之影響…………49 圖二十八、以SL-74製作之發光層厚度對元件亮度之影響…………50 圖二十九、以SL-74製作之發光層厚度對元件電流密度之影響……50 圖三十、以SL-74製作之發光層厚度對元件效率之影響….....…….51 圖三十一、以PVK製作之發光層厚度對元件亮度之影響………..…52 圖三十二、以PVK製作之發光層厚度對元件電流密度之影響…….52 圖三十三、以PVK製作之發光層厚度對元件效率之影響………..…53 圖三十四、含有RS-12發光溶液之受熱溫度對元件亮度之影響……………………………………………………….55 圖三十五、含有RS-12發光溶液之受熱溫度對元件電流密度之影響………………………………………………………..55 圖三十六、含有RS-12發光溶液之受熱溫度對元件效率之影響…56 圖三十七、含有SL-74發光溶液之受熱溫度對元件亮度之影響…56 圖三十八、含有SL-74發光溶液之受熱溫度對元件電流密度之影響………………………………………………………..57 圖三十九、含有SL-74發光溶液之受熱溫度對元件效率之影響…57 圖四十、含有PVK發光溶液之受熱溫度對元件亮度之影響……58 圖四十一、含有PVK發光溶液之受熱溫度對元件電流密度之影響………………………………………………………..58 圖四十二、含有PVK發光溶液之受熱溫度對元件效率之影…..59 圖四十三、未加熱旋塗各高分子主體材料之相分離情形………..….61 圖四十四、加熱旋塗各高分子主體材料之相分離情形……………61 圖四十五、受熱之發光溶液鍍製之薄膜縱深分佈形貌………..…...63 圖四十六、新穎高分子主體材料RS-12之合成步驟……………….67 圖四十七、新穎高分子主體材料SL-74之合成步驟…………..…...70

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