有機發光二極體元件製作與光電性質量測

4.7.1 ITO pattern 的製作

本實驗所使用的玻璃基板為Merck Display Tecnology 公司之阻值為 20 Ω/ square 的indium-tin oxide ( ITO )玻璃，使用時並切割為 3 × 3 cm

²

之正 方形。由於我們欲將所製作之元件圖形化( patterning )，故必須有以下之步 驟：

(1) 上光阻：本研究所使用之光阻為長春人造樹酯股份有限公司 AF5040 乾 式光阻。

(2) 曝 光：依照所需圖形，在 300 ~ 400 nm 波長紫外光曝光 30 秒。

(3) 顯 影：以 1 % ~ 2 % 重量百分濃度之碳酸鈉水溶液顯影。

(4) 蝕 刻：將顯影過後的 ITO 玻璃基板浸入 50 ℃的濃鹽酸溶液蝕刻約 30 秒。

(5) 去光阻：以 1 % ~ 3 % 重量百分濃度之氫氧化鈉水溶液剝除光阻。

圖形化後的 ITO 玻璃，再經過以下的清洗步驟後，即可用來作為發光 元件的基材。

Cleaning step Time

Detergent 10 min

H

2

O 10 min

NaOH(aq) 10 min

D.I water 10 min

Acetone 10 min

IPA 10 min

Oven 150

^o

C 12 hr

Glass-cleaning process

4.7.2 發光元件的結構

高分子發光二極體元件多為 ITO/PEDOT/polymer/Cathode 的單層結 構 ， 其 中 PEDOT 作 為 電 洞 傳 輸 層

^[140]

。Poly(dioxyethylene thienylene) (PEDOT)(結構如下)具有高導電度及很好的熱穩定性，且由於其為水溶性，

因此不會有與有機發光層互溶的問題，藉由此層之加入，使元件性質得以 提升。

PEDOT

至於陰極則是使用功函數較低的鈣，使電子更容易地注入發光材料的 LUMO 軌域。但因鈣陰極氧化的程度會嚴重影響元件的效率，為避免在元 件封裝時陰極的鈣金屬接觸到氧氣，於是我們另外蒸鍍了一層鋁金屬作為 鈣陰極的保護層。

在發光材料的配置方面，選擇適當溶劑與適當濃度後，將溶液以4.5 μm 的Telfon 分子過濾板過濾後，以旋轉塗佈的方式成膜於 ITO 基材上，最後 將基材置於金屬蒸鍍機之腔體內，於真空度9 × 10

^-7

torr 下，蒸鍍上 35/100 nm 的金屬 Ca/Al。

由於螢光材料與磷光材料在元件的製作上有不同需求，故以下將分螢 光與磷光兩部份探討。

4.7.3 螢光星狀分子發光元件的結構與光電性質(POSS1 及 POSS2)

分別將POSS1 ~ POSS2 直接以 1,2-二氯乙烷為溶劑配置成 15 mg/ml 的 溶液，以旋轉塗佈方式製成元件（Device I：ITO/PEDOT/POSSn/Ca/Al）。

Device I 的亮度-電壓-效率圖如 Fig. 4.64~Fig. 4.65 所示。元件性質表現不佳 的原因可以由其能階圖來解釋(Fig. 4.46)。由於 POSS1 及 POSS2 的 LUMO 與陰極之間的能階差太大，因此可能造成電子從陰極注入發光層的障礙。

其數據則詳列於Table 4.6 中。

基於此一因素，我們改良元件結構：將螢光星狀分子混入 PVK 及

PBD

^[141]

(Device II：ITO/PEDOT/ POSSn：PVK：PBD/Ca/Al)。其中的 PVK

具電洞傳輸作用，而PBD 則為電子傳輸材料，混入 PVK、PBD 的目的是希 望使元件中載子的注入與傳遞能更趨平衡，並且導入 PVK 及 PBD 亦可作 為 Host，發光分子於其中為 Guest，可有效的將 Host 的能量轉移至 Guest 上。Fig. 4.66~Fig. 4.69 為 Device II 亮度-電壓、效率-電壓圖。由圖可以推知 將 POSS1~POSS2 分別混入 PVK:PBD 中，確實使得元件性質得以大幅提 升，由原本近百的亮度(cd/m

²

)可以增加至上千，而效率也提升至接近 1 cd/A。

此外，隨著PBD 比例的不同，元件的表現也有所差異。PBD 的比例過 低時，電子的注入相對較少，電荷平衡的效果因而不顯著；但PBD 的比例 過高時，由於PBD 屬於小分子，可能會產生結晶而造成元件的缺陷，使亮 度反而降低。因此，不同發光材料有其最適當的PBD 混合比例，對 POSS1 而言PVK：PBD = 10:7 最為適當；而 POSS2 則為 10:8。分別將 POSS1 與 POSS2 於 Device II 的元件性質整理於 Table 4.7 中。

另一點值得注意的是，我們把沒有引入POSS 結構的 C-1 ~ C-2 材料製 作成相同條件之元件來比較，從Fig. 4.70~Fig. 4.75 之元件表現圖來觀察，

發覺引入POSS 結構的 POSS1~POSS2 其元件亮度及效率都有較好的表現。

這可能是因為引入 POSS 後，使得材料的熱穩定性及 T

g

上升，因而提升了 元件的性質。

此外，分別比較發光單體與星狀分子之EL 光譜。從光譜中可發現，不 論是POSS1 或是 POSS2，接上 POSS 皆呈現些微之藍位移，且其半高寬較

原本之發光單體來的窄。

Table 4.6 POSS1 ~ POSS2 於 Device I 的元件性質

Material EL λ

max

(nm) V

turn on

(V) Luminance

(Max)(cd/m

²

)

在文檔中 奈米結構增強之有機電激發光二極體材料及元件研究 (頁 130-133)