第三章 結果與討論
3.6 有機電激發光二極體件製作與光電性質量測
3.6.1 ITO 圖形化製作
本實驗所使用的玻璃基板為Merck Display Technology 公司所有 之電阻值為20 Ω/ square 的銦錫氧化物(indium-tin oxide,ITO)玻璃，
使用時需要先切割為3 × 3 cm2之正方形。由於發光元件於光電性質 測量時必須先將ITO 圖形化( patterning )，故必須先從事以下之程序：
350 400 450 500 550 600 650 700
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Absorbance (arb. unit)
Wavelength (nm)
UV Film PL Film UV Solution PL solution
AF5040 乾式光阻。
(2) 曝 光：依照所需圖形，在 300 ~ 400 nm 波長的紫外光下曝光 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，再經過以下溶劑在超音波環境下進行清洗 步驟之後，即可用來作為發光元件的基板。
Glass-Cleaning Process
3.6.2 發光元件的結構
高分子電激發光二極體元件(PLED)採用兩種不同的結構，分別 為 ITO/PEDOT/polymer/cathode 的單層元件，以 PEDOT 作為電洞 注入層，Ca/Al 作為陰極；另外是 ITO/PEDOT/polymer/TPBI/cathode 的雙層元件。
Poly(3,4-dioxyethylene thiophene) (PEDOT) 的結構如圖 3-10，其 Cleaning step Time
Detergent 10 min
H2O 10 min
NaOH(aq) 10 min
D.I water 10 min
Acetone 10 min
IPA 10 min
Oven 150 oC 12 hour
於元件的製作過程之中，將不會出現被上層有機層(如甲苯溶液)溶解 的問題，因此藉由此層之加入，促使電洞可以有效的傳輸，進而提升 元件性質。
陰極部分則是採用功函數較低的鈣(Ca)，使得電子更容易地注入 發光材料的 LUMO 軌域。但當鈣金屬接觸到氧氣之後，相當容易被 氧化，並嚴重影響元件的效率，因此在鈣金屬的上方，另外蒸鍍一層 鋁(Al)金屬作為保護層。鋁金屬在經由氧化之後，會在其表面形成 一層緻密的氧化層，以保護內部的金屬不再繼續氧化。
在 PEDOT 的旋轉塗佈方面，以 3000 rpm 旋轉 30 秒，塗佈完成 後於100 ℃下烘烤 24 小時。在發光材料的配置上，經由測試一系列 的轉速與濃度配方之後，選擇其中最恰當的濃度均為 1.2 % (w/v)，
經由超音波震盪2 小時之後，將溶液以 4.5 μm 的鐵氟龍(teflon)分子 過濾板過濾，以 1500 rpm 旋轉 30 秒 (一般高分子發光層的厚度約在 40 ~ 150 nm)，在真空烘箱內抽真空並以 60 ℃烘烤 3 小時，然後再將 元件送入氮氣箱內作陰極的蒸鍍。在陰極金屬的蒸鍍方面，先將塗佈 高分子薄膜的基材置於金屬蒸鍍機之腔體內，以高真空幫浦抽至真空 使腔體內壓力達到9 × 10-7 torr，即可進行金屬 Ca 與 Al 的蒸鍍，厚度 分別為35 及 100 nm。
圖3-10 元件結構以及 PEDOT 分子結構圖。
3.6.3 元件光電性質討論
本系列超分枝高分子聚合物具有足夠的分子量來提供優良的成 膜性，且皆具備良好的熱穩定性，並不會在元件製作的過程中因為烘 烤的製程而有所變質，對於一般有機溶劑的溶解度(甲苯、氯仿)亦具 備一定的程度。所有單層元件之光電性質如表3-7 所述。而所製作出 的有機發光二極體元件，我們也分別做了電激發光光譜(EL spectra)、
電流密度及亮度對電壓關係圖(J-V-B curve)，其結果如圖 3-11 ~圖 3-18 所示。
表3-8 超分枝高分子聚合物的電激發光特性
Polymer Lmax (cd/m2) Voltage (V)
Yield max (cd/A)
EL λmax (nm)
CIE Coordinate 1931 (X,Y) Hb-TF 50 @ 12 V 0.01 520 0.304, 0.397 Hb-BTF 42 @ 13 V 0.016 560 0.432, 0.536 Hb-BTDTF 29.16 @ 9 V 0.005 664 0.670, 0.324
400 450 500 550 600 650 700 750
EL Int e ns it y ( a rb .unit )
Wavelength ( nm )
Current Density
Luminance
圖 3-13 hb-BTF 之 J-V-B 關係圖
Current density Luminance
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
0.0
EL Int e ns it y ( a rb.unit )
5V
圖 3-14 hb-BTF 之 EL 光譜圖
Current density Luminance
550 600 650 700 750 800
0.0
EL Intensity ( a rb.unit )
Wavelength ( nm )
hb-TF 最大亮度在 12V 為 50 cd/m2，EL 最大在 520 nm 與單一芴 因導入 benzothiodiazole 分子，破壞原本共平面之 ter-fluorene，所以 減緩高分子之間的 π－π 堆疊，分子之間的作用力減弱的緣故，出現
而因導入 Bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiodazloe 分子，破壞原本共平面 之 ter-fluorene，所以減緩高分子之間的 π－π 堆疊，分子之間的作用
階層與hb-BTDTF 的 HOMO 相差只有 0.07 eV，所以較為容易注入電 譜(EL spectra)、電流密度及亮度對電壓關係圖(J-V-B curve)，其結果 如圖 3-17 ~圖 3-18、表 3-8 所示。