多層式白光

多層式發光層白光元件的機制大致如單層式發光層，包括能量轉移和 載子捕捉，不同的是可能越過不同的發光層進行能量轉移，其中以磷光的 激發子擴散距離較遠，因其激發子的生命週期(lifetime)較長，而螢光的能量 轉移距離雖然較短，但藉由介面處的結合區域，載子可越過介面進行能量 轉移。更重要的是，可以適當的選擇不同的發光層，藉由各層的能障及其

厚度的調節與摻雜濃度的最佳化，使得結合區內的載子重新分佈進而調整 各發光層光色的比例。然而此種多層式白光架構相對複雜了元件製程，且 元件可能隨著操作電壓改變，再結合區域的偏移也使得元件的顏色改變。

多層式白光結構可分為三類，如圖1-7 所示。

圖 1-7. 多層式白光結構示意圖

Glass (Substrate) Anode

Hole Transport layer(HTL) Electron Transport layer (ETL)

Electron Injection layer (EIL)

Cathode

Emitting Layer(EML) Yellow Emitting Layer(EML) Blue

Hole Injection layer(HTL)

Glass (Substrate) Anode

Hole Transport layer(HTL) Electron Transport layer (ETL)

Electron Injection layer (EIL)

Cathode

Emitting Layer(EML) Yellow

Emitting Layer(EML) Blue

Hole Injection layer(HTL) Blocking layer(BL)

Glass (Substrate) Anode

Hole Transport layer(HTL) Electron Transport layer (ETL)

Electron Injection layer (EIL)

Cathode

Emitting Layer(EML) Red

Emitting Layer(EML) Blue

Hole Injection layer(HTL) Emitting Layer(EML) Green

Glass (Substrate) Anode

Hole Transport layer(HTL) Electron Transport layer (ETL)

Electron Injection layer (EIL)

Cathode

Emitting Layer(EML) Red

Emitting Layer(EML) Blue

Hole Injection layer(HTL) Emitting Layer(EML) Green

Blocking layer(BL)

Device A without BL Device A with BL

Device B without BL Device B with BL

(a) 雙層式白光，利用一螢光藍光發光源，可由單層藍光主發光體 或是摻雜藍光客發光體，加上螢光黃色或紅色發光源，但這樣 的元件結構會造成綠光和深紅光區域，使得元件的CRI 值較低。

所以為了解決缺少綠光和深紅光的問題，可利用摻雜螢光綠色 客發光體或深紅色發光體的系統，或是利用雙摻雜系統來解決 (Ref 21~29 )，但摻雜的濃度需準確的控制為其缺點。作者 M. Li et al. [24] 在文獻中提出，黃光客發光體(Rubrene)在 NPB：0.7%

Rubrene(8nm)系統內，在低電流密度下大部分以能量轉移發光而 在高電流密度下以自行載子捕捉發光。為了提高元件效率，摻 雜磷光的客發光體是一項不錯的選擇 [35]，螢光和磷光在不同 的發光層[30, 33]或在同一發光層的螢光和磷光 [31, 32, 34]，藉 由高效率高能隙的磷光當作感光劑利用能量轉移(triplet-singlet energy transfer) [36, 37]傳給低能隙的螢光，如圖 1-8 所示。R.S.

Forrest 在此文獻中 CBP：10%Ir(ppy)₃：1%DCM2 提出 Ir(ppy)₃ 的生命週期為 100ns 比在 CBP：10%Ir(ppy)₃系統中的生命週期 500ns 短間接證明 Ir(ppy)₃ (phosphor-sensitized)的確透過能量轉 移給DCM2(fluorescent dye)。除此之外，若將客發光體摻雜至電 洞和電子傳輸層中，藉由電子傳輸層和電洞傳輸層間所造成的 能障，使得結合區落在此介面 [38, 39]。雙層式白光中，如果在

兩層發光層中，引入一層阻擋層，藉由調整其厚度重新分不結 合區域或避免能量轉移來達到調整不同光色的比例 [40~45]，但 其阻擋層和發光層間的能障，若不能有效的侷限載子，則元件 可能隨著不同電流密度其結合區域會偏移而造成色偏；若能有 效的侷限載子和避免激發子的擴散便能使色偏減少。為了簡化 雙層式白光結構，將能隙小能捕捉載子的黃光或紅光客發光體 不摻雜於主發光體中，而以極薄的厚度直接當發光層捕捉載子 [46~49]。這些元件結構與性質整合於表 1-3 中。

圖1-8：以磷光為增感劑的示意圖 T

S S

T

S

T Host Phosphorescent

sensitizer

Fluorescent dye ISC T-S energy

transfer

表1-3：雙層式雙摻雜系統的元件結構與效能

Device structrue Performance CIE

(x,y)

&CIE

(∆x,∆y)

Ref.

ITO/α-NPD/Zn(BTZ)2(B)/ Zn(BTZ)2：

DCM2(0.8%)(B+R)/Alq/LiF/Al 0.27 lm/W @11.2V (0.36,0.33)@100 nits

(0.02,0.02)@4~100mA/cm² 21

ITO/TPD：6%DCDM：

2.5%()/CAN(R+G)/BCP(B)/Alq/Mg:Ag/Ag 0.5~0.6 lm/W (0.34,0.35) 22

ITO/CuPc/NPB/DVPBi：

(0.01,0.01)@6~14V 24 ITO/PEDOT：PSS/α-NPD/α-NPD：

DCM2(0.2%)(R)/DPVBi(B)/Alq/LiF/Al

3.1% E.Q.E

3.75lm/W@100nits (0.33,0.36)@6V 25 ITO/2-TNATA/NPB(B)/24MeSAlq：

DCJTB(0.5%)(R)/Alq/LiF/Al

1.74%E.Q.E &

1.82 lm/W@8.4V

(0.32,0.28)@8.4V

(0.05,0.08)@8~13V 26 ITO/CuPc/NPB/DPVBi：DCM2

(0.025%)(B+Y)/Alq：C6(0.1%)(G)/Alq/LiF/Al 5 lm/W(Max) (0.30,0.36)@1000nits 27 ITO/PEDOT：PSS/NPB/NPB：DCM2

(0.33%)(R)/DPVBi：BCzVBi (9.1%)(B+G)/Alq/LiF /Al

1.15lm/W@7.75V (0.31,0.32)@7V 28 ITO/CuPc/NPB/NPB：TBRb

(1.2%)/MADN：DSA-Ph(3%)/Alq/LiF/Al 12.8cd/A@20mA/cm² (0.31,0.38)@20mA/cm² 29

表1-3：雙層式磷光增感劑系統的元件結構與效能

Device structrue Performance CIE

(x,y)

&CIE

(∆x,∆y)

Ref.

ITO/NPB(B)/CBP：Dmbpy-Re(2%)(Y)

/BCP/LiF/Al 5.1cd/A@2410nits (0.36,0.43)@2410nits 30 ITO/NPB(B)/CBP：Ir(ppy)3(3%)：

DCJTB(2%)(R)/BCP/LiF/Al

6.0cd/A@4V 4.1lm/W@3V

(0.43,0.41)@4V

(0.02,0.02)@8~20V 31 ITO/NPB/DPVBi：DSA(B)/CBP：Ir(ppy)3：

PR(G+R)/BCP/Alq/LiF/Al

10.62cd/A &

6.07lm/W@100nits (0.28,0.38)@100nits 32 ITO/m-MTDATA/NPB(B)/TPBI：Ir(ppy)3

(4%)：Ir(piq)2(acac)(2%) (G+R)/Alq /LiF/ Al 10.7lm/W@4V (0.44,0.44)@4V

(0.15,0.1)@4~18V 33 ITO/NPB/DPVBi(B)/CPB：Ir(ppy)3 (8%)：

Rubrene(0.5%) (G+Y)/BCP/Alq /LiF/ Al 9.22cd/A@0.9mA/cm² (0.30,0.37)@1000nits

(0.01,0.01)@11~22V 34 ITO/NPB/DCB：FIrpic(8%)(B)/CPB：

Ir(piq)2(acac)(7%)(R)/BPhen/Mg：Ag 10.5cd/A@295nits (0.28,0.37)@6V

(0.04,0.07)@6~14V 35

表1-3：雙層式阻擋層和非摻雜系統的元件結構與效能

Device structrue Performance CIE

(x,y)

&CIE

(∆x,∆y)

Ref.

ITO/NPB/TCTA：TPP(2%)(B)/BCP：

Ir(piq)3(0.4%)(R)/Alq/Mg：Ag 3.23cd/A@0.032mA/cm² (0.32,0.26)@10V (0.08,0.03)@8~15V

38 39 ITO/SA(B)/PBD/Alq：

DCM(1%)(G+R)/Alq/Mg：Ag 40

ITO/CuPc/α-NPD/DPVBi(B)/α-NPD /Alq：

Rubrene(5%)(Y)/Alq/Li/Al 0.763lm/W@220nits (0.31,0.33)@11V

(0.15,0.2)@6~15V 41 ITO/PEDOT：PSS/α-NPD /CDBP：

(CF3ppy)2Ir(pic) (1%)(B)/BAlq/ CDBP：

(CF3ppy)2Ir(acac) (3%) (R)/BAlq/LiF /Al

18.0cd/A & 10lm/W

@0.01mA/cm² (0.35,0.36)@ 0.01mA/cm² 42

ITO/NPB(B)/BCP/Alq(G)/LiF/Al 4.43cd/A@1.59mA/cm² (0.316,0.426)@5V

(0.02,0.03)@5~18V 43 ITO/NPB/NPB：C545T(1%)：

DCJTB(1%)(R)/NPB/DNA(B)/BCP/Alq/LiF/Al 12cd/A@7.8mA/cm² (0.34,0.39)@12V

(0.03,0.02)@12~24V 44 ITO/NPB/NPB：TBRb(1.5%)(Y) /BAlq

/MADN：DSA-Ph(3%)(B)/NPB/ MADN：

DSA-Ph(3%)(B)/Alq/LiF/Al

9.9cd/A@20mA/cm² (0.30,0.41)@ 20mA/cm²

(0.03,0.02)@6~200mA/cm² 45

ITO/NPB/DCM1(0.5Å)(R)/DPVBi(B)/Alq/LiF/Al 1.74lm/W@125nits (0.34,0.36)@6V

(0.06,0.06)@4~15V 46 ITO/m-MTDATA/NPB/Rubrene(1Å)/

TPBI/Alq/LiF/Al

2.94lm/W@20mA/cm² (0.39,0.41)@4V

(0.07,0.08)@4~14V 47 ITO/NPB/TBVB(B)/Rubrene(15Å)(Y)/Alq/LiF/Al 3.2cd/A@6V (0.33,0.34)@4000nits

(0.04,0.08)@6~16V 48 ITO/NPB/Rubrene(1Å)(Y)/DPVBi(B)/Alq/LiF/Al 4.82cd/A@6V

3.18@4V

(0.302,0.328)@11V

(0.0.01,0.01)@5~11V 49

(b) 三層式白光，將藍、綠和紅分別獨立成一發光層，透過不同的 主發光體及摻雜濃度的最佳化調整各光色的比例。相對地層數 越多也複雜了元件的製作，也導致元件的再結合區域可能隨著 不同偏壓而改變 [50~53]。如果在兩層發光層中，引入一層阻擋 層，藉由調整其厚度重新分佈結合區域或避免能量轉移來達到

調整不同光色的比例 [51~56]，但其阻擋層和發光層間的能障，

若不能有效的侷限載子，則元件可能隨著不同電流密度其結合 區域會偏移而造成色偏；若能有效的侷限載子和避免激發子的 擴散使的色偏減少。作者Stephen R. Forrest et al. [56]在文獻中利 用螢光的藍光客發光體(BCzVBi)搭配磷光的綠光(Ir(ppy)₃)和紅 光(PQIr)客發光體，藉由主發光體 25%單從激發態傳給螢光藍 光、75%三重激發態傳給磷光而達到高效率的白光，如圖 1-9 所 示。這些元件結構與性質整合於表1-4 中。

圖1-9：螢光藍光能量轉移給磷光黃光的示意圖 表1-4：三層式元件結構與效能

Device structrue Performance CIE

(x,y)

& CIE

(∆x,∆y)

Ref

T

S S

T

S

T

Host Blue fluorescent dopant

Diffusive transfer

Negligible due to short diffusion length light

light

Red and Green Phosphorescent dopant

ITO/NPB/PAP-Ph(B)/Alq(G)/Alq：

DCM(5%)(R)/Alq/Mg：Ag 1.97lm/W@6.5V

(0.35,0.34)@6V

Btp2Ir(acac)(8%)(R)/CBP：

Btp2Ir(acac)(8%)(Y)/BCP/LiF：Al

6.4lm/W(Max) 11cd/A(Max)

(0.37,0.40)

@10mA/cm² (0.04,0.04)

@1~500mA/cm²

51

ITO/ PEDOT：PSS /TCTA / TCTA：

Ir(ppy)3(%)：Rubrene(%)(G)/DPVBi(B) /BAlq：Ir(piq)2(acac)(R)/BAlq / Alq/LiF：Al

13.8cd/A@6V

ITO/CuPc/α-NPD/DPVBi(B)/

α-NPD/Alq(G)/Alq：

TPBI /Alq/LiF/Al 1.31lm/W@5V

(0.455,0.386)

@6V (0.17,0.1)

@4~19V

55

ITO/NPD/CBP：BCzVBi(5%) (B)/CBP/

CBP：PQIr(4%) (R)/ CBP：Ir(ppy)3(5%) (G)/

CBP/ CBP：BCzVBi(5%)(B)/TPBI / Alq/LiF/Al

@1~100mA/cm²

56

在文檔中 高效率白光有機發光二極體之研究 (頁 33-41)