2.1 研究動機
有機電激發光二極體元件在全彩化的過程中，不論以何種製程方式：如 紅綠藍畫素並置法[1]、白光發光源加彩色濾光片法[2]或藍光發光源加色轉化 法[3]，一個高效率且操作穩定性佳之藍光發光系統是不可或缺的。而藍光發 光系統之色純度也明顯反應在全彩 OLED 顯示器之電能消耗量(power consumption)上，如圖 2-1 所示，具有越飽和色純度之藍光光源，越能減少 顯示器電能消耗量[4]，因此本論文的研究動機在於如何發展出具高發光效 率、高色純度和高穩定性之藍光發光源所需之有機發光材料。
圖 2-1、藍光光源之 CIE-y 值對顯示器電能消耗量關係圖
首先，必須選擇使用螢光或磷光系統。雖然磷光有機電激發光系統的元 件量子效率理論值是螢光系統的四倍，但是直至今日，藍光磷光元件的操
作穩定性仍是不足[5]；且相較於藍光螢光元件，藍光磷光摻雜物必須在能量
效率上多付出約 0.8 eV 來與主發光體作能量交換，這是因為能量緩解
(energetic relaxation)必須經由 intersystem crossing 到三重態；且藍光磷光系 統的主發光體也是問題之一，因為其必須具有極大的三重態能隙( > 3 eV) 來避免能量回傳(energy back transfer)，這代表著分子幾乎是要以隔離的苯環 (isolated benzene)存在著(如 UGH[6])，而隨之而來的問題便是熱穩定性的不 足；反觀螢光系統，要設計一個能隙大於3 eV 的材料相對地簡單多了。
而要完成一高效率且穩定的藍光元件，除了藍光摻雜物外，一個好的主 發光體材料是必須的；藍光主發光體除了需具有較寬廣之能隙(Eg ≥ 3 eV) 外，且需具有良好之電荷傳導性和穩定之薄膜特性。本實驗室在2004 年 SID 會 議 上 發 表 一 高 薄 膜 穩 定 性 之 藍 光 主 發 光 體 材 料 2-methyl-9,10-
di(2-napthyl)anthracene (MADN)
[7]， 如 圖 2-2 所 示 ， 其 能 隙 達 3 eV ， HOMO/LUMO 為 5.5/2.5 eV，溶液螢光放射波長位於 430 nm、半波寬(full width at half maxima, FWHM)為 54 nm，且在甲苯溶液下 MADN 之相對溶液 螢光量子效率為ADN 之 1.2 倍，其餘有關 MADN 和 ADN 之物理特性整理 於表2-1 中。表2-1、MADN 和 ADN 之物理特性比較
Relative Quantum Yield (φf)
題；MADN 的固態薄膜在 95℃退火(annealing) 一小時後，經由原子力顯微 鏡(atomic force microscopy, AFM)觀察下，相較於 ADN 薄膜，MADN 仍保 持非常平整的狀態，如圖 2-2 所示；從此可見，MADN 的分子設計不但不
在元件表現方面，以相同的元件結構ITO/CFx/NPB (70 nm)/blue host (40 nm)/Alq3 (10 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm)下，分別以 ADN 和 MADN 為藍光 主發光體做比較，在20 mA/cm2電流密度操作下，MADN 元件之操作電壓、
發光效率和色度座標分別為6.2 V、1.8 cd/A 和(0.15, 0.10)，而 ADN 為 6.7 V、
1.7 cd/A 和(0.17, 0.17)，由此可知，MADN 不僅操作電壓低於 ADN，元件
效率及光色也較ADN 適合作為一個藍光主發光體；且在經由外插法及換算
後，MADN 元件在起始亮度為 100 cd/m2下，元件穩定性(t1/2)可達 5000 小 時而ADN 只有 2500 小時。圖 2-3 為 MADN 及 ADN 元件在 20 mA/cm2的 電流密度下，亮度隨著時間衰退的圖。
圖 2-3、MADN 與 ADN 元件穩定性之比較
但在純藍光的系統中，MADN 的能隙及放光波長稍顯不足，因此繼 MADN 後 ， 本 實 驗 室 開 發 了 另 一 藍 光 主 發 光 體 － 2-methyl-9,10-
0 200 400 600 800 1000 1200
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Normalied Brightness
Time (hours)
ADN device MADN device
400 450 500 550 600 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Normalized Intensity (arb. units)
Wavelength (nm)
α-MADN MADN
di(1-napthyl)anthracene (α-MADN)
[8]，此化合物是將MADN 的 anthracene 之 9,10 號位置上的 2-naphthyl 取代，改為 1-naphthyl 取代，則其溶液螢光光譜 的最大波長由430 nm (MADN)藍位移到 413 nm (α-MADN)，其溶液螢光光 譜圖如圖2-4 所示。圖2-4、α-MADN 與 MADN 之溶液螢光光譜圖
而 α-MADN 也展現了良好的薄膜穩定性，在經過 95 oC 一小時的退火 後，以原子力顯微鏡觀察，其薄膜型態(morphology)仍保持平整，如圖 2-5 所示。
圖 2-5、α-MADN 之原子力顯微鏡圖
在元件表現方面，以元件結構為 ITO/CFx/NPB(50 nm)/Blue host(40 nm)/Alq3(10 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)下，其元件表現如表 2-2 所示，從表 中可知，以α-MADN 為藍光主發光體，其元件效率在 20 mA/cm2的電流密 度下為0.7 cd/A、0.3 lm/W，較 MADN 元件的 1.3 cd/A、0.6 lm/W 低，但 α-MADN 元件的色度座標在(0.15, 0.08)較 MADN 元件的(0.15, 0.10)深藍；
而在摻雜了3%的藍光摻雜物 BD-1 後，使用 α-MADN 為主發光體的元件效 率為3.3 cd/A、1.3 lm/W，較以 MADN 為主發光體的元件的 2.2 cd/A、1.1 lm/W 高出許多，這顯示出，想達成一個好的藍光系統，藍光主發光體是重 要的因素之一。
表 2-2、摻雜與未摻雜之 α-MADN 及 MADN 的元件表現 Voltage
(V)
Yield
(cd/A)
Efficiency
(lm/W)
EQE
(%)
CIEx,y
α-MADN 6.7 0.7 0.3 1.0 (0.15, 0.08)
MADN 6.4 1.3 0.6 1.7 (0.15, 0.10)
3%BD-1 @α-MADN 6.5 3.3 1.3 3.0 (0.15, 0.13)
3%BD-1 @MADN 6.1 2.2 1.1 2.3 (0.15, 0.12)
本論文為研究以 stilbene 為主體的藍光摻雜物；雖然 trans-stilbene 分子 在室溫下、具流動性的methylcyclohexane-isohexane 溶液中，其發光量子效
率只有0.05，但當溫度降到 77 K，溶液變為較堅固(rigid)時，量子效率會增 加為 0.75，或將溶劑改為黏滯性較高的 glycerol，量子效率也會增加為 0.15[9]，這顯示 trans-stilbene 分子的量子效率與分子中的雙鍵扭轉程度有關 (即平面性)，因為在低溫及黏滯性高的狀況下，trans-stilbene 分子中的雙鍵 是不易扭轉的；而 OLED 是固態元件，因此 stilbene 衍生物在 OLED 中，
應 能 發 揮 不 錯 的 效 率 。 本 論 文 將 分 為 兩 部 分 ， 第 一 部 分 以 4,4’-bis(diphenylamino)stilbene(簡稱為 SB-1[10])為初期之藍光客發光體材 料，由先前的文獻可知，將兩個二苯胺接在stilbene 的對位後，其量子效率 為0.87(甲苯溶液) [11]，且此種雙胺基取代之二苯乙烯化合物摻雜於電子傳輸 層TAZ 中，具有純藍光的光色，其色度座標為(0.158, 0.149) [12]，如果搭配 本實驗室的主發光體MADN 或 α-MADN，應該會有不錯的表現；第二部分 則是改良藍光摻雜物BD-1 的結構，希望發光效率有更進一步的提昇。
2.2 參考文獻
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