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研究生： 曾一民
論文名稱： 複層保護膜對有機電致發光元件壽命之影響
指導教授： 周卓煇
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： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 85
中文關鍵詞： 有機電致發光元件 、三層保護膜 、壽命
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    • 本論文，採用金屬氧化物和金屬材料作為保護膜，並提出一種新型三層式保護膜結構，以真空蒸鍍法，在發光元件上鍍覆金屬氧化物和金屬薄膜，利用其緻密且穩定之性質，有效隔絕大氣中水氣與氧氣對元件的攻擊，提高元件壽命；探討不同保護膜結構與厚度，對有機電致發光元件壽命之影響，並尋求最佳保護膜結構，以進一步提升元件發光壽命。
    本研究中，所使用的保護膜材料，分別為：CaO、BaO與Al。依不同保護膜結構及厚度，分別探討對元件發光壽命之影響。
    1. 單層保護膜
    研究結果顯示，當使用單層保護膜結構時，元件覆蓋上BaO保護膜3000Å，元件壽命由未覆蓋保護膜的4分鐘，增加5.2倍至21分鐘；覆蓋CaO保護膜1000Å的元件，壽命為14分鐘，增加至3.5倍。
    2. 雙層保護膜
    當元件使用雙層保護膜結構時，以BaO(3000Å)╱Al(1000Å)作為元件保護膜，元件發光壽命可達44分鐘，相對於未保護之元件，壽命提升至11倍；保護膜結構為CaO(1000Å)╱Al(1000Å)時，壽命為15分鐘，與覆蓋單層CaO(1000Å)保護膜之元件比較，其壽命增加效果並不顯著。
    3. 三層保護膜
    當元件使用三層式保護膜結構時，以BaO(3000Å)/Al(1000Å) / BaO(3000Å)作為元件保護膜，元件發光壽命為81分鐘，相對於未保護之元件，壽命提升達20倍；使用BaO(3000Å)/Al(1000Å) / CaO (4000Å)作為元件保護膜時，元件發光壽命為86分鐘，提升達21.5倍的效果。
    研究結果顯示，使用Al薄膜做為元件外部保護層時，其緻密、穩定之特性，可以使元件發光壽命有效提升；以金屬氧化物及金屬作為元件保護膜材料時，經過適當之搭配，形成三層保護膜結構，能夠更有效防止水氣與氧氣對元件造成的損壞，其元件發光壽命，皆較單層及雙層結構有所提升。

    目錄 目錄…..…………………………………………………………………Ⅰ 獻…..……………………………………………………………………Ⅳ 致謝.……..…………..………………………………………………Ⅴ 摘要.………….…………………………………………………………Ⅶ 表目錄.……………….…………………………………………………Ⅹ 圖目錄.……….…………………………………………………....ⅩⅠ 壹、 緒論..…………………………………………………..…1 貳、 文獻回顧..……………………………………………..…4 2-1、有機電致發光發展起源………..………………….…………4 2-2、發光原理…………………… ……………………………..…7 2-3、元件材料……..………………………………………….…..10 2-4、元件損壞原因….…………………………………………....14 2-5、元件壽命與穩定性探討…………………………………..….16 2-6、有機電致發光元件保護層之研究………………………… 18 參、 實驗方法..…………………………………………………21 3-1、材料……..…..…………………………………….…………21 3-2、蒸鍍裝置……………...……………………………..………21 3-3、單體沈積速率之鑑定….……………………………………22 3-4、單層保護膜之有機電致發光元件研究...………………… 22 3-5、雙層保護膜之有機電致發光元件研究…………………… 23 3-6、三層保護膜之有機電致發光元件研究………… …………24 3-7、基材清洗步驟…...…………..………………………………24 3-8、元件之電路設計……………….……………………………25 3-9、電流、電壓與亮度關係曲線圖之量測.……………………..25 3-10、亮度與時間關係圖之量測………………………………...25 3-11、發光效率計算.……………………………………………..26 肆、 結果與討論………………………………………………..27 4-1、石英震盪膜厚計之校正.……………………………………27 4-2、單層有機電致發光元件保護層之研究…………………….28 4-2-1、元件面電流-電壓-亮度關係圖…………..……….. 28 4-2-2、元件壽命之探討……………………………………29 4-3、雙層有機電致發光元件保護層之研究…………………….30 4-3-1、元件面電流-電壓-亮度關係圖…………..……….. 31 4-3-2、元件壽命之探討……………………………………31 4-4、三層有機電致發光元件保護層之研究…………………….32 4-4-1、元件面電流-電壓-亮度關係圖…………..……….. 33 4-4-2、元件壽命之探討……………………………………34 伍、結論……………………………………………………………...36 陸、參考資料………………………………………………………...38 表目錄 表一、有機電致發光元件的破壞機構及其原因………………………44 表二、有機電致發光元件的發展歷史…………………………………45 表三、目前最佳的有機電致發光元件技術與效能……………………47 表四、實驗中所使用的材料膜厚校正比值及固定的製程條件………48 表五、單層保護膜對元件壽命之影響…………………………………49 表六、雙層保護膜對元件壽命之影響…………………………………50 表七、三層保護膜對元件壽命之影響…………………………………51 圖目錄 圖一、雙層元件之結構及能階示意圖………………………………....52 圖二、載子再結合區域位於具電洞傳輸功能的發光層上……………53 圖三、ITO/m-MTDATA/TPD/BeBq2+Rubrene/Mg:In能階示意圖…...54 圖四、有機電致發光元件之結構及能階示意圖……………………....55 圖五、電子與電洞經再結合後之能量分配及能階示意圖…….……...56 圖六、元件m-MTDATA/TPD/Alq3之能階示意圖……………………57 圖七、真空蒸鍍聚合系統之示意圖…………………………………....58 圖八、電致發光分子之化學結構示意圖………………………………59 圖九、元件電路設計及其製作流程示意圖...………..………………..60 圖十(a)、元件保護層之製作流程圖.……….. ……..……………….. 61 圖十(b)、元件保護層之製作流程圖.……….. ……..……………….. 62 圖十一、NPB分子之膜厚校正曲線...………………………………… 63 圖十二、Alq3分子之膜厚校正曲線...…………………………………64 圖十三(a)、.單層保護膜之元件結構圖..……...…………………….…65 圖十三(b)、.雙層保護膜之元件結構圖..……...…………………….…66 圖十三(c)、.三層保護膜之元件結構圖..……...…………………….…67 圖十四(a)、氧化鈣保護層之元件亮度－電壓關係圖.…….………….68 圖十四(b)、氧化鈣保護層之元件面電流－電壓關係圖.…….……….69 圖十四(c)、氧化鈣保護層之元件亮度隨時間變化情形.…….……….70 圖十五(a)、氧化鋇保護層之元件亮度－電壓關係圖.……….……….71 圖十五(b)、氧化鋇保護層之元件面電流－電壓關係圖.…….……….72 圖十五(c)、氧化鋇保護層之元件亮度隨時間變化情形.…….……….73 圖十六(a)、CaO 100nm/Al保護層之元件亮度－電壓關係圖.……….74 圖十六(b)、CaO 100nm/Al保護層之元件面電流－電壓關係圖.…….75 圖十六(c)、CaO 100nm/Al保護層之元件亮度隨時間變化情形.…….76 圖十七(a)、BaO 300nm/Al保護層之元件亮度－電壓關係圖………..77 圖十七(b)、BaO 300nm/Al保護層之元件面電流－電壓關係圖……..78 圖十七(c)、BaO 300nm/Al保護層之元件亮度隨時間變化情形……..79 圖十八(a)、BaO 300nm/Al 100nm/BaO 保護層之元件亮度－電壓關係圖.…. . . .…. .…. ..…..…..….… .…..….……..……..….…80 圖十八(b)、BaO 300nm/Al 100nm/BaO保護層之元件面電流－電壓關係圖.…. . . .…. .……..…..….… .…..….……..……..….…81 圖十八(c)、BaO 300nm/Al 100nm/BaO保護層之元件亮度隨時間變化情形.…. . . .…. .…. ..…....….… .…..….……..……..….…82 圖十九(a)、BaO 300nm/Al 100nm/CaO 保護層之元件亮度－電壓關係圖.…. . . .…. .…. ..…..…..….… .…..….……..……..….…83 圖十九(b)、BaO 300nm/Al 100nm/CaO 保護層之元件面電流－電壓關係圖.…. .…. .…. ..…..…..….… .…..….……..……..….…84 圖十九(c)、BaO 300nm/Al 100nm/CaO 保護層之元件亮度隨時間變化情形.…. . . .…. .…. ..…..… .…..….……..……..….… 85

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