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元件製作步驟

3.3.1 ITO 基板清洗

ITO 基板在使用之前,會先經過以下的清洗程序,以去除有機、無機等 殘留物,確保表面之清潔。

(1) 將 ITO 基板放入丙酮中清洗,並加以超音波震盪五分鐘,之後用 DI water (去離子水)沖洗

(2) 將 ITO 基板放入 Detergent 中清洗,並加以超音波震盪五分鐘,之後用 DI water 沖洗

(3) 將 ITO 基板放入 DI water 中清洗,並加以超音波震盪五分鐘,之後用 IPA (異丙醇)沖洗

(4) 將 ITO 基板放入甲醇中清洗,並加以超音波震盪五分鐘,之後用氮氣吹 乾,把清洗完之ITO 基板放入烘箱以 110 0C 烘乾至少 30 分鐘

3.3.2 ITO 前處理

此外,在 ITO 基板置入蒸鍍機之前,還必須先放到電漿處理機中進行 前處理。至於在 OLED 製程中所用的電漿前處理技術,是以氧氣當作工作 氣體進行所謂乾式清洗的動作,它的目的有三:

(1) 中性的氧原子,會對 ITO 表面的針狀結晶進行物理性的撞擊,可以達到 修飾表面平整度的目的,避免尖端放電所造成的局部電場。

(2) 中性氧原子和氧分子合成為臭氧,而高活性的臭氧會和基板上殘存的碳 氫化合物(可能是溶劑或光阻劑)進行反應而形成水和二氧化碳,之後由 真空幫浦抽走而達到清潔表面的目的。

(3) 氧原子也會打入 ITO 的結晶之內,這樣可以提高它的氧含量並降低 Sn/In

的比值,藉以提高功函數,達到活化ITO 的目的。

至此,我們已完成前處理步驟,接著再繼續注入 CHF3氣體於電漿處 理機中進行電漿聚合反應,此反應會將(CFx)n附著在ITO 基板上作為電洞注 入層,增加元件的電洞注入能力。接下來就可以將 ITO 基板置入蒸鍍機 (Coater)中進行有機層和金屬層的蒸鍍。

3.3.3 薄膜蒸鍍

圖3-1:薄膜蒸鍍單元示意圖

一般在小分子 OLED 製程中所用的製膜單元多採用真空昇華(Vacuum Sublimation)技術,而蒸鍍機(Coater)的操作環境必須要在高真空(~10-5 torr) 下。將已用氣體電漿處理完成的 ITO 玻璃基板,置入真空蒸鍍機的旋轉載 具上。當蒸鍍機腔體的真空度達到 10-5 Torr 時,即可開始蒸鍍有機材料。

Boat Crucible

Film thickness measuring Instrument (quartz oscillator)

Uniform thin film

Shadow

Evaporation Source

而有機材料加熱方式:電流通過線圈後產生熱,然後再將熱能傳導到坩鍋 上,如此一來,蒸鍍速率就不會產生大幅跳動而造成材料的浪費。通常這 種坩鍋的造型為長柱型,並在中心挖空以盛裝有機材料。圖3-1 為薄膜蒸鍍 單元示意圖。

在蒸鍍時,由於蒸發源(Source)位於平台下方,因此在裝載基板時需將 ITO 面朝下。蒸鍍時,依據實驗條件可以選擇以旋轉或非旋轉的方式蒸鍍。

確定真空腔體的壓力達到~10-5 torr 後,依序分別以 0.02~2.0 Å/sec 的速率蒸 鍍電洞傳輸層或電洞注入層、發光層(或發光層加電洞阻擋層)及電子傳輸層 或電子注入層,圖3-2 為蒸鍍機之內部配置圖。

圖3-2:蒸鍍機之內部配置圖

蒸鍍完有機材料之後,接下來則是蒸鍍陰極(Al)。當要開始蒸鍍陰極 時,首先要先變換光罩(Shadow Mask),因為蒸鍍有機材料跟陰極的光罩是

不同的,接著開使用交流電源加熱,直接沉積於ITO 玻璃上,Al 的蒸鍍速 率為3~10 Å /s,厚度為 2000 Å。每個元件有四個發光點(Pixel),每個光點 的面積為9 mm2 (圖 3-3)

圖3-3:元件發光面積示意圖

3.3.4 元件封裝

OLED 元件在長時間的操作之下,它的效率會因為產生黑點或是內部 消光機制而逐漸衰退。至於產生黑點的原因可能是由於高活性的陰極與空 氣中的水份發生電解反應所致,或者是水氣滲入有機層中,發生了化學反 應而使得材料變質。然而,這一部份卻可以透過更換較穩定的陰極材料或 良好的封裝技術來獲得改善。

至於封裝的方法,本實驗室常用的技術為UV 封裝;顧名思義,就是使 用 UV 硬化的膠水當作接著劑的封裝技術。首先,將封裝蓋的四週以點膠

有機層 陰極(Al)

陽極(ITO)

機先上一圈 UV 膠,並在封裝蓋內加入乾燥劑,而後同元件於鈍氣環境下 以 UV 紫外光封合;在封合的過程中,將周圍環境抽至真空以加強封合的 強度。圖3-4 為封裝單元示意圖。

圖3-4:封裝單元示意圖

3.3.5 元件特性及壽命測試

元件封裝後,在LabVIEW 程式控制下,以 KEITHLEY 供給電流,PR-650 量測元件光譜、亮度與色度等性質,並記錄數據。之後,將量測完的元件 置入氮氣箱內,以 Photo Diode 來偵測元件的光電流而以 KEITHLEY 供給 固定的電流密度為20 mA/cm2,然後在LabVIEW 程式控制下量測其元件的 操作壽命,見圖3-5。元件的操作壽命或操作半衰期的定義為當發光亮度衰 退至起始亮度的50%所需的時間。

UV Lamp

UV hardener resin

Encapsulation plate (glass)

Desiccant (BaO, CaO)

Device Glass

Mask (Al foil)

圖3-5:元件穩定度測試之示意圖

KEITHLEY Photo Diode

Cathode Anode

Device

參、結果與討論

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