實驗參數及電性分析

的濃度分別為 120、150、150 毫克/毫升與旋轉塗佈(spin-coating)之轉速分 別為 3000、3000、1500 每分鐘轉速，藉此得到相同材料比例而不同主動層 厚度的發光元件分別為 190 奈米、270 奈米及 400 奈米，此厚度是由橢圓

在主動層厚度最厚(400 奈米)的元件 III 方面，其電致發光頻譜隨時間演 變的趨勢與元件 I 和元件 II 有很明顯的差異，在操作時間小於 200 分鐘時，

由主體材料所發出的藍光最大值藍位移且半高寬(full width at half maximum, FWHM)變窄；而操作時間在 400 分鐘時，其頻譜的藍光產生紅位移且紅光 產生藍位移，因此頻譜的光色接近綠光區域且半高寬變寬；最後在操作時 間 700 分鐘時得到一個白光電致發光頻譜，但紅光部分相對於元件 I 和元 件 II 都還要低，如圖 36(c)所示。這並不符合上述主動層越厚則穩定頻譜下 相對紅光較高的理論，所以元件 III 隨時間演變發光頻譜的異常現象不應該 歸因於載子捕捉現象，且在頻譜演變過程中不只有藍色與紅色發光，其半 高寬也有明顯的變化，這些現象是元件具有微共振腔效應的典型特徵[65]，

通常在厚度較厚的元件才會發現[60][66]。

400 500 600 700 800

Device I, 190 nm 25 min 50 min 100 min 175 min

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

400 500 600 700 800

0.0 0.5 1.0 1.5 (b)

Device II, 270 nm 25 min 50 min 150 min 200 min

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

400 500 600 700 800

0.0

Device III, 400 nm 100 min 200 min 400 min 700 min

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

圖 36 元件(a)I、(b)II 及(c)III 在驅動電壓 3.3 伏特隨時間變化的電致發光頻 譜圖

為了驗證上述元件 III 的電致發光頻譜演變趨勢具有微共振腔的影響，

400 500 600 700 800 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8

1.0

Recomb. zone position (z

i) 380 nm 365 nm 310 nm 280 nm

Simulat ed EL Int ensit y (a.u .)

Wavelength (nm)

圖 37 當元件 III 的複合區位置(以陰極為起始點開始測量)從 380 奈米移動 到 280 奈米的模擬電致發光頻譜圖

穩定的白光電致發光頻譜是取決於驅動電壓，如圖 38(a)、(b)及(c)所示，

在一般白光電致發光頻譜中，較低驅動電壓下紅光相對於藍光的相對強度 會較大，因其主客體能階差異使載子注入到較小能階客體材料所形成的載 子捕捉現象，導致較紅的光色。而當驅動電壓增加時，載子將可以直接注 入主體材料並且利用主客體能量轉移機制將能量傳遞到客體材料發光，因 此相對藍光會變得較明顯，所以主動層較厚的元件 II 比元件 I 的紅光更加 明顯也是因為相對電場較低導致載子捕捉現象更加顯著。然而，主動層厚 度最厚的元件 III 與元件 I、II 相比卻沒有更明顯的增加紅光，這將可以歸 因於在元件 III 當中的微共振腔效應造成在其紅光區域形成破壞性干涉，因 此抵銷了主動層較厚元件紅光更多的結果。

在固定的驅動電壓下厚度不同的有機白光電化學元件顯示出了相似的 隨時間演變電致發光頻譜特性，而圖 39(a)及(b)顯示了元件 II 在驅動電壓 3.1~3.5 伏特的情況下隨時間演變的亮度和電流密度以及外部量子效率和 功率效率。在施加驅動電壓下，p 型及 n 型摻雜層開始從兩側電極往中間形 成而增加載子注入[49]，因此元件的電流、亮度及效率都會開始增加，而元 件亮度及效率將隨著元件電流的增加而達到一最大值，元件 II 在 3.1 伏特、

3.3 伏特、3.5 伏特的最大外部量子效率及功率效率分別為 11.1 %及 17.4 流 明/瓦、10.7 %及 19.5 流明/瓦、10.4 %及 17.5 流明/瓦，這些效率在目前固 態有機白光電化學元件所發表過的文獻中是最高記錄[43][51-60]，然而此元 件效率隨時間下降的速率取決於驅動電壓(或是電流密度)，且可能是因為複 合區移動使發光層太靠近摻雜層導致激子猝熄或是在有機發光電化學元件 操作同時元件開始老化的緣故[49]，才讓元件的亮度及效率在到達最大值之 後便開始下降[15]。

400 500 600 700 800

Device I, 190 nm 3.1 V 3.3 V 3.5 V

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

400 500 600 700 800

0.0

Device II, 270 nm 3.1 V 3.3 V 3.5 V

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

400 500 600 700 800

0.0

Device III, 400 nm 3.1 V 3.3 V 3.5 V

EL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

圖 38 元件(a)I、(b)II 及(c)III 在 3.1 伏特、3.3 伏特及 3.5 伏特的穩定電致 發光頻譜

0 100 200 300 400 500 600

Current Den sity (m A /cm

)

0 100 200 300 400 500 600

External Q uan tu m Eff iciency (% )

Time (min)

Pow er E ff iciency (lm /W )

圖 39 元件 II 在固定驅動電壓 3.1 伏特、3.3 伏特及 3.5 伏特下隨時間變化 的(a)亮度(實心符號)及電流密度(空心符號)和(b)外部量子效率(實心符號)及

功率效率(空心符號)圖

從表 3 可以發現有機白光電化學元件的最高效率值與主動層厚度是有 密切相關的，為了闡明其中的物理現象，本文利用驅動電壓 3.5 伏特時厚 度不同的有機發光電化學元件所模擬及量測出來的穩定電致發光頻譜來估 計當時的複合區位置(Z_i，從陰極為起始點開始測量的情況)，元件 I 的模擬 結果在複合區穩定時是較靠近陽極的，此時有太靠近 p 型摻雜層所產生的 激子猝熄導致元件效率較低，如圖 40(a)所示，其所得到的外部量子效率為 6.5 %，此元件與先前所發表過的文獻有相同發光材料及相近厚度[58]，但 外部量子效率卻得到相當大的提升(3.2 %→7.5 %)，這可歸因於本文將光致 發光量子產率較低的紅光客體材料的摻雜比例減少所致。而增加主動層厚 度可以確保複合區及摻雜層有足夠空間來減少激子猝熄並改善元件效率，

如圖 40(b)所示，其元件 II 在複合區穩定時靠近主動層的中心位置，因此外 部量子效率及功率效率提升到 11 %及 20 流明/瓦，然而，更進一步的增加 主動層厚度卻不一定會得到更高的元件效率，就像主動層最厚的元件 III 因 其穩定複合區離陽極接近且相當靠近 p 型摻雜層，如圖 40(c)所示，所以激 子猝熄反而是最嚴重的，因此導致效率明顯惡化(外部量子效率小於 5 %)，

而元件 III 的複合區非常不對稱與其相對較低的電場有關。上述這些結果都 證實了有機白光電化學元件經過適當調整主動層厚度可以避免激子靠近摻 雜層所造成的激子猝熄而達到改善元件效率的目的。

表 3 有機白光電化學元件電致發光特性總整理 Device^a Bias(V) CIE(x,y)^b CRI ^b tmax(min)^c Lmax

(cd/m²)^d

ηext,max, ηL,max, ηp,max

(%,cd/A,lm/W)^e

t1/2

(min)^f

I

3.1 (0.305,0.429) 68 231 3.6 (7.5,14.5,14.6) 106 3.3 (0.274,0.421) 60 104 8.6 (6.8,14.0,13.4) 42 3.5 (0.266,0.417) 58 68 14.7 (6.5,14.5,13.0) 22

II

3.1 (0.365,0.401) 77 250 1.8 (11.1,17.6,17.4) 110 3.3 (0.318,0.386) 74 112 5.7 (10.7,18.6,19.5) 89 3.5 (0.302,0.376) 73 77 9.9 (10.4,19.5,17.5) 57

III

3.1 (0.274,0.485) 40 690 0.5 (4.5,16.1,16.3) 146^g 3.3 (0.284,0.401) 61 385 1.4 (4.3,14.5,13.8) 87 3.5 (0.266,0.404) 55 354 2.4 (4.2,10.5,9.5) 55

a 元件結構為 ITO/PEDOT:PSS (30 nm)/發光層/Ag (100 nm)，其中發光層包含 1 號錯合物 (79.85wt.%)，2 號錯合物(0.15 wt.%)及 BMIM⁺ (PF₆^─)(20 wt.%)，而元件 I、II 及 III 分別為發光 層厚度 190、270 及 400 奈米的元件。^b將達到穩定的電致發光頻譜代入程式計算而得。^c元件

達最高亮度所需時間。^d 在固定驅動電壓下元件達最大亮度的數值。^e 在固定驅動電壓下元件

達最大外部量子效率、電流效率和功率效率的數值。^f在固定驅動電壓下元件亮度從最大值下

降到最大值的一半所需時間。^g經由數據外插所得之。

圖 40 元件(a)I、(b)II 及(c)III 在驅動電壓 3.5 伏特之模擬(實心符號)及量測 (空心符號)的穩定電致發光頻譜。其模擬及量測電致發光頻譜的複合區位置

(Zi)如頻譜圖內的子圖所示。