實驗結果與討論

欲探討PEDOT:PSS 陽極以及薄金屬陰極結構厚度變化對透明有機發光元件的 實際影響，我們製作三個透明元件4C、4D 與 4E，其 PEDOT:PSS 厚度分別為 70 nm、100nm 與 70 nm，銀的厚度為 16 nm、16 nm 與 24 nm，元件結構為 Glass / PEDOT:PSS / TAPC(20 nm) / CBP: 8wt% Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM (50nm) /LiF (0.6 nm) /Al (1 nm) /Ag /NPB(70 nm)，如圖 4-11 所示，4C 與 4D 是觀察不同

PEDOT:PSS 厚度對透明元件特性的影響，而 4C 與 4E 是要了解不同厚度的銀陰極 對透明元件特性的影響。圖 4-12 為上述元件之電流對電壓特性圖，三個元件皆 大約在 2.4 伏特附近會導通，但沒導通前有漏電流，推測可能為定義 PEDOT:PSS 電極圖案時的製程容易使電極表面不平整，或是環境有髒汙所造成。圖4-13 為元 件下發光的外部量子效率圖，4C 與 4E 的效率較好，最高效率在 15%至 16%左右。

圖 4-14 為元件上發光的外部量子效率圖，因 4E 的銀陰極較厚的緣故，上出光效 率較另外兩個元件低。圖4-15 為元件的電致發光頻譜，表 4-1 分別整理三個元件 的模擬與實驗效率的對照，圖4-16 為元件的模擬與實驗穿透頻譜圖。

根據這些實驗數據，我們可以觀察到元件的特性大致與模擬相符。在元件效 率方面，除了元件 4D 外，其餘兩個元件的外部量子效率與模擬結果相去不遠，

而元件4D 表現較差的原因，推測可能為利用旋轉塗佈方式成長 PEDOT:PSS 薄膜 時，因為其所需的厚度較厚，轉速較慢而導致表面不均勻，因而在之後浸泡在丙 酮震洗光阻的步驟中，使得其表面高低差情況更加惡化，也可能連帶地使得上方有 機層的堆疊受到影響，所以當光穿過不平整的PEDOT:PSS 時，會被粗糙的表面漫 射或消耗掉，造成下發光部分能量的損失，所以才會有不符合前述模擬 4C 和 4D 元件，不同厚度的導電高分子陽極會有相同效率的情況。而 4C 與 4E 的特性比 較，則是與模擬的趨勢一致，可以看到實際上銀厚度增加時，會使得上發光效率降 低，下發光效率上升，但總和效率並不會相差太多。在穿透度方面，從頻譜上可 以看出元件的穿透率與模擬幾乎吻合，在長波長部分有較高的穿透度，最高穿透 度可達 60%，而 4D 的穿透度略低於 4C，推測是由於厚度較厚的 PEDOT:PSS 表 面不平整所導致。

25

4.4 總結

在本章中，我們深入探討導電高分子陽極的透明元件的效率與穿透度變化。

我們先以光學模擬的方式分析電洞傳輸層與電子傳輸層的厚度變化對透明元件的 影響，找出出光效率較佳的結構，接著分別分析了導電高分子陽極與銀陰極厚度 變化對透明元件的影響。在實驗方面，我們比較了不同厚度的導電高分子陽極與 銀陰極元件的效率與穿透度頻譜，並發現出光效率和模擬有部分的差異，陽極厚 度較厚的元件和模擬結果差距較大，但改變陰極厚度對總出光效率影響不大，只 影響上下出光比例。總結來說，導電高分子陽極的透明元件之效率與氧化銦錫陽 極的透明元件相近，且微共振腔效應較弱，使得穿透度頻譜較寬，因此透明元件 在沒點亮不會呈現明顯的特定顏色，整體而言在綠光至紅光範圍有高達 60%左右 的穿透度。除此之外，導電高分子陽極透明元件的成本較低廉，製程簡單，因此 跟現今常見的氧化銦錫陽極之透明元件相比之下仍有優勢。

第四章圖表

圖4 - 1 陽極 ph1000 與電洞注入層 ch8000 之折射率與消光係數

圖4 - 2 模擬透明元件結構 4A 之上出光效率

400 450 500 550 600 650 700

1.2

E xt inc tion Co ef ficie n t

Re fr ac tive I n d ex

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(120,10) 5.6%

27

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(50,10) 16.6%

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(50,10) 21.8%

圖4 - 5 模擬透明元件結構 4A 之穿透度

400 450 500 550 600 650 700

0

The thickness of ETL is 50nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

400 450 500 550 600 650 700

0

The thickness of HTL is 20nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

29

Thickness of Ag (nm)

T h ic kn es s o f P E D O T :P S S ( n m )

圖 4 - 6 模擬透明元件結構 4B 之上出光效率

Thickness of Ag (nm)

Thickness of PEDOT:PSS (nm)

圖4 - 7 模擬透明元件結構 4B 之下出光效率

圖4 - 8 模擬透明元件結構 4B 之總出光效率

22.5%

22.3%

22.1%

21.9%

21.8%

21.6%

21.4%

6 8 10 12 14 16 18 20

40 50 60 70 80 90 100 110 120

Thickness of Ag (nm)

T h ic k n e s s o f P E D O T :P S S ( n m )

31

圖4 - 9 模擬透明元件結構 4B 之穿透度

400 450 500 550 600 650 700

0

The thickness of PEDOT:PSS is 70nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

400 450 500 550 600 650 700

0

The thickness of Ag is 16nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

PEDOT_ 40nm PEDOT_ 50nm PEDOT_ 60nm PEDOT_ 70nm PEDOT_ 80nm PEDOT_ 90nm PEDOT_ 100nm PEDOT_ 110nm PEDOT_ 120nm

圖4 - 10 導電高分子陽極透明元件實驗流程圖

圖4 - 11 實驗透明元件 4C、4D、4E 結構圖

33

Cu rr en t De n sit y (mA /cm

2 )

E xt er n al Qu an tu m Eff icie n cy ( %)

Current Density (mA/cm2)

4C bottom 4D bottom 4E bottom

10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 0

5 10 15 20

E x te rn a l Qu a n tu m Eff icie n c y ( %)

Current Density (mA/cm2)

4C top 4D top 4E top

圖4 - 14 實驗透明元件 4C、4D、4E 的上發光效率-電流密度圖

圖4 - 15 實驗透明元件的電致發光頻譜

400 450 500 550 600 650 700 750

0.0 0.5 1.0

Normalized Intensity(a.u.)

Wavelength (nm)

4C Bottom 4C Top

35

Simulation Out-coupling Experiment EQE

Device Bottom Top Total Bottom Top Total

4C 16.4% 5.1% 21.5% 15.7% 3.9% 19.6%

4D 16.4% 5.1% 21.5% 12.9% 4.2% 17.1%

4E 18.0% 3.3% 21.3% 16.2% 3.2% 19.4%

表4 - 1 實驗透明元件 4C、4D、4E 的模擬與實驗效率

圖4- 16 實驗透明元件 4C、4D、4E 的穿透頻譜圖

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

4C 4C_simulation 4D 4D_simulation 4E 4E_simulation