Deep Blue OLED – SA-Biph@MADN
3.3 三波段白光 OLED
3.3.2 三波段白光 OLED 製作
以挑選客發光體材料時之元件架構為基礎，將發光層等分成三等分總 厚度為 30 nm，而發光源排列依序為藍、綠和紅色，其元件之主結構為 [ITO/CFx/NPB(50 nm)/Blue(10 nm)/Green(10 nm)/Red(10 nm)/Alq3(20 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)]，其中藍色發光源以 5% 2BpSA-Biph@α-MADN 組成，綠色發光源以 1% DSA-CN@ α-MADN 組成，而紅色發光源因需較
此三波段白光OLED 其元件效率為 3.8 cd/A 於 20 mA/cm2電流密度操
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 0.0
Intensity x 10-3 (a.u.)
Wavelength (nm)
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 452
528
596
Wavelength (nm)
(a) (b)
表3-14、三波段白光 OLED 於不同電子傳輸層厚度之元件性質 Device performance at 20 mA/cm2
Alq3 (nm) Voltage (V) Yield (cd/A) Efficiency (lm/W) CIE x CIE y
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 0.0
Intensity x 10-3 (a.u.)
Wavelength (nm)
因此，將藍、綠和紅色發光源位置與總厚度固定，縮窄紅色發光源的厚
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 0.0
Intensity x 10-3 (a.u.)
Wavelength (nm) B (X nm)/G(Y nm)/R (Z nm)
X= 10, Y= 10, Z= 10 X= 10, Y= 15, Z= 5 X= 13, Y= 15, Z= 2
表3-15、不同發光源厚度之三波段白光 OLED 元件性質 Device performance at 20 mA/cm2
B/G/R (nm) Voltage (V) Yield (cd/A) Efficiency (lm/W) CIE x CIE y
10/10/10 7.2 4.5 2.0 0.35 0.33 10/15/5 7.1 4.8 2.1 0.35 0.37 13/15/2 7.3 5.3 2.3 0.35 0.38
綜合以上實驗結果，可以發現：(i) 由於紅色客發光體材料，其具有最 小之能隙與較高之游離能和較低之電子親和力，因此紅光發光源的位置與 厚度相當重要；(ii) 三波段白光 OLED 元件，由於具有三個發光區域，因此 各層厚度影響著再結合的區域與比率，所以透過膜厚的調整可以調節出適 當的波峰與效率；(iii) 三波段白光 OLED 元件中，綠色發光源之強度明顯 反應在元件效率上，因此有較強之綠光強度相對也有較高之元件效率，但 仍需要考慮三原色彼此間之比例，才能得到一具有較好色度平衡之白光 OLED 顏色。
經由各層厚度之最佳化後，當元件結構為[ITO/CFx/NPB(50 nm)/Blue(15 nm)/Green(15 nm)/Red(2 nm)/Alq3(30 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)]，其元件發 光效率為5.2 cd/A 於 20 mA/cm2電流密度操作下、2.4 lm/W 於 6.7 V 操作電 壓下，而色度座標為[0.31, 0.33]，其電激發光圖譜半波寬可達 184 nm，如 圖3-23(a)所示。另外，此三波段白光 OLED 元件其色度座標在低電流密度 操作下(6 mA/cm2)為[0.33, 0.34]，到高電流密度操作下(400 mA/cm2)為[0.29, 0.35]，可以發現其 CIEx 座標和 CIEy 座標差隨著電流密度的不同分別為
∆
x< 0.04 和∆
y< 0.01 ，如圖 3-23(b)所示。而從電激發光圖譜對電流密度的400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 0
Current Density (mA/cm2) 300 cd/m2
(0.33, 0.34) 20,000 cd/m2 (0.29, 0.35)
(a) (b)
圖3-24、三波段白光 OLED 之元件穩定性量測
為了瞭解三波段白光 OLED 是否能有效改善 NTSC% 比率，將 20 mA/cm2電流密度操作下之光圖譜對應於彩色濾光片之吸收光譜，所呈現出 之藍、綠和紅色度座標分別為[0.13, 0.11]、[0.29, 0.60]和[0.65, 0.35]，組合 出之白光色度座標為[0.36, 0.35]。圖 3-25(a)中虛線為三波段白光 OLED 之
圖3-25、(a)三波段白光 OLED 之電激發光圖及透過彩色濾光片後之紅、藍 和綠色光譜圖；(b)彩色濾光片之吸收光譜圖
圖3-26、三波段白光 OLED 透過彩色濾光片後藍、綠和紅色度座標
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 Wavelength (nm)
Blue Green Red
B+Y WOLED
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 Wavelength (nm)
(a) (b)
NTSC B+G+R B+Y
為了提升三波段白光 OLED 元件效率，依循前面實驗的結果再將紅光 發光源之厚度調薄至1 nm，則元件之效率可達 6.5 cd/A 於 20 mA/cm2電流 密度操作下、3.0 lm/W 於 6.9 V 操作電壓下，而色度座標為[0.33, 0.38]，其 電激發光圖譜半波寬可達192 nm，如圖 3-27(a)所示。將 20 mA/cm2電流密 度操作下之圖譜對應於彩色濾光片之吸收光譜，所呈現出之藍、綠和紅色 度座標分別為[0.13, 0.13]、[0.30, 0.61]和[0.65, 0.35]，組合出之白光色度座 標為[0.36, 0.36]，此三波段白光 OLED 元件之 NTSC% 比率也可達 66%。
圖3-27(a)中虛線為三波段白光 OLED 之電激發光圖譜，而圖 3-27(b)則為各 顏色之彩色濾光片吸收圖譜，圖 3-27(a)中紅、藍和綠色圖分別代表透過彩 色濾光片後所呈現出的紅、藍和綠光光譜圖。
圖3-27、(a)三波段白光 OLED 之電激發光圖及透過彩色濾光片後之紅、藍 和綠色光譜圖；(b)彩色濾光片之吸收光譜圖
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 Wavelength (nm)
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 Wavelength (nm)
Blue Green Red
B+Y WOLED
(a) (b)
圖 3-28 為雙波段與三波段白光 OLED 元件之電激發光圖譜，而其元件 性質整合於表3-16 中。
圖3-28、雙波段與三波段白光 OLED 之電激發光圖
表3-16、雙波段與三波段白光 OLED 之元件性質 Device Voltage
(V)
Yield (cd/A)
Efficiency
(lm/W) CIE x CIE y NTSC (%)
雙波段 7.9 9.8 3.9 0.31 0.40 58.7 三波段 6.7 5.2 2.4 0.31 0.33 68.1 三波段 6.9 6.5 3.0 0.33 0.38 66.0
400 440 480 520 560 600 640 680 720 760
Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
B+Y B+G+R
3.4 結論
利用一深藍色發光源，搭配上適當之綠色和紅色發光源，經由三層式 白光 OLED 架構，透過各層厚度的最佳化調節後，可得到一具有藍、綠和 紅三波段白光OLED，其波峰分別為 452、528 和 596 nm，而元件發光效率 可達5.2 cd/A 於 20 mA/cm2電流密度操作下、2.4 lm/W 於 6.7 V 操作電壓下，
而色度座標為[0.31, 0.33]，其電激發光圖譜半波寬可達 184 nm。另外，透 過縮窄紅色發光源之厚度，能減少電洞載子侷限於紅色發光源區域的比 率，相對增加綠色發光源區域的再結合比率，元件發光效率可提升至 6.5 cd/A 於 20 mA/cm2電流密度操作下、3.0 lm/W 於 6.9 V 操作電壓下，而色 度座標為[0.33, 0.38]，其電激發光圖譜半波寬可達 192 nm。而此三波段白 光OLED 之元件操作穩定性，可達 20,000 小時於 100 cd/m2亮度操作下。
將三波段白光 OLED 對應於彩色濾光片後，可得到藍、綠和紅之色度 座標分別為[0.13, 0.11]、[0.29, 0.60]和[0.65, 0.35]，組合出之白光色度座標 為[0.36, 0.35]；而三波段白光 OLED 之 NTSC% 比率，相較於雙波段白光 OLED 可提升 10% 至 68.1%。
3.5 參考文獻
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第四章、有機發光二極體之元件操作穩定性
有機發光二極體(OLED)在商業化應用過程中，元件之操作穩定性是需 要克服的一大關鍵。將 OLED 應用於顯示器上，在起始亮度為 100 cd/m2 操作下，其元件半生期(亮度衰退至起始亮度一半時)最少需達 10,000 小時 以上[1]；另外，在此條件下加上考慮各別紅、藍和綠光色與畫素之開口率……
等因素，對於各別OLED 之亮度則有更高之需求達 200~600 cd/m2，相對元 件操作穩定性也需更長。所以，關於提升 OLED 元件之操作穩定性問題，
無論是在有機材料與元件結構上仍有待進一步研究與改良。