含雙載子調制層之高效率深藍光有機發光二極體

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研究生：	曾國晏 Tseng, Kuo-Yen
論文名稱：	含雙載子調制層之高效率深藍光有機發光二極體 High-Efficiency Deep-Blue Organic Light-Emitting Diode with Two Carrier Modulation Layers
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：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	89
中文關鍵詞：	有機發光二極體、深藍光、高效率
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本研究製備出高亮度、高效率之深藍有機發光二極體，其高亮度以及高效率乃是藉由載子調制層1,1-bis[(di-4-tolylamino) phenyl]cyclohexane (TAPC)的使用而達成，特別是使用雙層載子調制層達成；當此元件未使用載子調制層時，其最大亮度為5,250 cd/m2 ；接著，若於元件之電洞傳輸層與發光層間，加入一層10 nm之載子調制層時，元件亮度提升至7,620 cd/m2；最後，再加入ㄧ2 nm同樣之載子調制材料於發光層中時，則亮度可高達9,130 cd/m2；未使用載子調制層之元件，其在亮度100 與1,000 cd/m2下，能量效率分別為3.5 與1.7 lm/W；使用單一載子調制層時，則分別為4.0與2.1 lm/W；使用上述雙載子調制層時，可分別達到3.9與2.2 lm/W；亮度顯著之提升，可能歸因於在元件中加入兩層載子調制的材料，有效形成更寬的載子覆合區域(carrier recombination zone)；元件之高效率，可歸因於以下兩點：(ㄧ) 使用具高電洞傳輸性之TAPC，使元件有一低的驅動電壓，(二) 良好的元件結構設計，有效將進入發光層中的載子侷限住，亦即，使電子-電洞的覆合區域，侷限於發光層中，進而導致高的載子再結合機率。

目錄
摘要……………………………………………………………………I
獻………………………………………………………………………II
致謝……………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………V
表目錄………………………………………………………………VIII
圖目錄…………………………………………………………………IX
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…………………………………………………………13
2-3、OLED慣用之有機材料……………………………………………23
2-3-1電洞注入/傳輸材料………………………………………………24
2-3-2電子注入/傳輸材料………………………………………………25
2-3-3電極材料…………………………………………………………26
2-4、螢光深藍光有機發光二極體之發展……………………………27
參、    實驗方法……………………………………………………30
3-1、材料………………………………………………………………30
3-2、紫外光吸收光譜（ultraviolet visible absorption, UV-VIS absorption）量測………………………………………………………32
3-3、光激發光光譜（Photoluminescent spectrum, PL spectra）量測………………………………..………………………………………32
3-4、MDP3FL發光層載子移動率(Carrier mobility, μ)量測……33
3-5、元件電路設計與製作流程………………………………………34
3-6、基材清洗…………………………………………………………35
3-7、旋轉塗佈製程……………………………………………………36
3-8、蒸鍍裝置…………………………………………………………37
3-9、蒸鍍速率測定與薄膜厚度校正…………………………………39
3-10、蒸鍍製程…………………………………………………………40
3-11、元件電流、電壓與亮度特性量測………………………………41
3-12、發光效率計算……………………………………………………43
3-13、電致發光光譜(electroluminescent spectra, EL)量測……45
3-14、最高已填滿分子軌域（HOMO）及最低未填滿分子軌域（LUMO）之量測……………………………………………………………………45
肆、    結果與討論…………………………………………………46
4-1、MDP3FL之吸收光譜與光激發光光譜分析………………………46
4-2、MDP3FL發光層載子移動率分析…………………………………46
4-3、MDP3FL深藍光元件………………………………………………49
4-4、含單層載子調制層TAPC之深藍光元件…………………………54
4-4-1、單層載子調制層TAPC之位置對元件的影響…………………55
4-4-2、單層載子調制層TAPC之厚度對元件的影響…………………60
4-5、含雙層載子調制層TAPC之深藍光元件…………………………63
4-5-1、雙層載子調制層TAPC之厚度對元件的影響…………………65
4-5-2、雙層載子調制層TAPC之位置對元件的影響…………………69
4-6、載子調制層TAPC層數對元件之影響……………………………72
4-7、雙層載子調制層結構於綠光元件上之應用……………………75
伍、結論………………………………………………………………80
陸、參考資料…………………………………………………………81
附錄、個人著作目錄…………………………………………………88

表目錄
表ㄧ、旋塗轉速與膜厚之關係表……………………………………37
表二、本研究所使用的有機材料膜厚校正比值……………………40
表三、MDP3FL厚度對元件效能之影響………………………………52
表四、單層TAPC位置對元件效能之影響……………………………59
表五、單層TAPC厚度對元件效能之影響……………………………63
表六、雙層TAPC厚度對元件效能之影響……………………………68
表七、雙層TAPC位置對元件效能之影響……………………………71
表八、TAPC層數對元件效能之影響…………………………………75
表九、雙層TAPC對綠光元件效能之影響……………………………79




圖目錄
圖一、美國Kodak首創異質接面之雙層元件結構及能階示意圖……6
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……………………………………………8
圖三、日本Saito研究群提出具電洞傳輸功能之發光層之元件結構圖………………………………………………………………………8
圖四、1991年Adachi等人發表之三層OLED元件結構圖……………9
圖五、1992年Kido教授提出分別具電洞與電子傳輸功能之發光層之元件結構圖………………………………………………………………10
圖六、2002年德國Dresden大學Leo教授團隊發表p-i-n結構之OLED元件能階示意圖…………………………………………………………12
圖七、有機電致發光元件之結構及能階示意圖……………………14
圖八、電子與電洞經再結合後之能量分配及能階示意圖…………18
圖九、Förster與Dexter能量轉移機制示意圖…….………………21
圖十、影響OLED的元件效率因素示意圖……………………………22
圖十一、MDP3FL、TAPC、TPBi、PEDOT：PSS及Alq3分子結構………………………………………………………………………31
圖十二、飛行時間式電荷傳導測量系統示意圖……………………33
圖十三、OLED元件電路設計圖………………………………………35
圖十四、旋轉塗佈法示意圖…………………………………………36
圖十五、真空蒸鍍系統示意圖………………………………………38
圖十六、    OLED元件之電流-電壓-亮度(I-V-L)及CIE色座標量測示意圖………………………………………………………………………42
圖十七、MDP3FL之吸收光譜與光激發光光譜………………………46
圖十八、MDP3FL薄膜的光電流(電洞)對時間之關係圖……………48
圖十九、MDP3FL電洞移動率對電場平方根之關係圖………………48
圖二十、MDP3FL深藍光元件能階結構圖……………………………49
圖二十一、發光層厚度對元件電流密度之影響……………………50
圖二十二、發光層厚度對元件發光亮度之影響……………………50
圖二十三、發光層厚度對元件能量效率之影響……………………51
圖二十四、發光層厚度對元件外部量子效率之影響………………52
圖二十五、Device I、II、III，在亮度100 cd/m2下之電致發光(EL)光譜…………………………………………………………………53
圖二十六、Device IV之元件能階結構圖…………………………55
圖二十七、Device V之元件能階結構圖…………………………55
圖二十八、Device VI之元件能階結構圖………………………56
圖二十九、單層TAPC位置對元件電流密度之影響………………57
圖三十、單層TAPC位置對元件亮度之影響………………………58
圖三十一、單層TAPC位置對元件能量效率之影響………………59
圖三十二、Device VII~IX之元件能階結構圖……………………60
圖三十三、單層TAPC厚度對元件電流密度之影響………………61
圖三十四、單層TAPC厚度對元件發光亮度之影響………………62
圖三十五、單層TAPC厚度對元件能量效率之影響………………63
圖三十六、Device X之元件能階結構圖…………………………65
圖三十七、Device XI之元件能階結構圖…………………………65
圖三十八、雙層TAPC厚度對元件電流密度之影響………………66
圖三十九、雙層TAPC厚度對元件亮度之影響……………………67
圖四十、雙層TAPC厚度對元件能量效率之影響…………………68
圖四十一、Device XII之元件能階結構圖………………………69
圖四十二、雙層TAPC位置對元件電流密度之影響………………70
圖四十三、雙層TAPC位置對元件亮度之影響……………………70
圖四十四、雙層TAPC位置對元件能量效率之影響………………71
圖四十五、TAPC層數對元件電流密度之影響……………………73
圖四十六、TAPC層數對元件亮度之影響…………………………73
圖四十七、TAPC層數對元件能量效率之影響……………………74
圖四十八、Device A之元件能階結構圖…………………………76
圖四十九、Device B之元件能階結構圖…………………………76
圖五十、Device C之元件能階結構圖……………………………77
圖五十一、雙層TAPC對綠光元件亮度之影響……………………78
圖五十二、雙層TAPC對綠光元件能量效率之影響………………78

                                

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