4-1 材料性質分析
此節是針對本論文中所使用的高分子藍光材料BP105與紅光材料 RP119做材料上的特性分析，以進一步探討它們之間的能量轉移機制 與摻雜的比例。
4-1-1 吸收係數
實驗開始我們測得BP105及RP119溶液吸收光譜如圖4-1、4-2所 示，其BP105最大吸收峰值約在394nm；RP119最大吸收峰值約在 383nm。而由前一章節所提到為了避免偏差比爾定律因濃度引起的誤 差，我們必須稀釋濃度來控制其吸收值A落在1左右，而由光譜顯示 BP105吸收峰值強度與RP119吸收峰值強度約在1.25左右。則我們均將 兩瓶溶液對半稀釋次數約三次即可，因為再往下稀釋則其吸收值A將 超出偏差定律0.15底限，而成了多餘的量測。
圖4-1 不同濃度BP105在THF溶液之吸收光譜
圖4-2 不同濃度RP119在THF溶液之吸收光譜
最後我們經由公式Eq.(6)推導
C) (b
A ×
= a
其中 b 光路徑是石英杯寬度為一定值，則可推知其吸收係數 a 即 為 A-c curve 的斜率。最後我們量測得 BP105 及 RP119 各濃度吸收峰 值均分別在 394nm 及 383nm，如圖 4-1。將其各濃度 A 值繪製 A-c curve 再用繪圖軟體模擬線性，其直線斜率即為吸收係數，如圖 4-3、4-4。
則實驗結果我們分別得到 BP105 及 RP119 吸收係數分別為如表 4-1 所示。
圖 4-3 不同濃度 BP105 在 THF 溶液之吸收曲線(A-c curve)
圖4-4 不同濃度RP119在THF溶液之吸收曲線(A-c curve)
表 4-1 BP105 與 RP119 之莫耳吸收係數 BP105(藍) RP119(紅)
1.3×107(Mn)*1
註解
*1:此時的莫耳吸收係數乃是用發光材料的數量平均分子量求得
*2:此時的莫耳吸收係數乃是用發光材料的重量平均分子量求得 8.9×106(Mn)*1
ε (L/cm·M)
莫爾吸光係數 3.7×107(Mw)*2 2.2×107(Mw)*2
4-1-2 量子產率
圖4-6 Standard(Coumarin1)與RP119在THF溶液中的吸收光譜圖
圖4-7 Standard(Coumarin1)與BP105在THF溶液中的PL光譜
圖4-8 Standard(Coumarin1)與RP119在THF溶液中的PL光譜
表4-2 BP105與RP119在THF溶液中的量子產率
Coumarin1 BP105 Coumarin1 RP119 Ex(nm) 383 383 383 383 Absorption 0.62793 0.62168 0.62793 0.647869
n 1.372(EA) 1.407(THF) 1.372(EA) 1.407(THF) Integral area(PL) 34919 21061 34919 4111
Quantum yeild 0.99 0.63 0.99 0.12
4-1-3 發光材料的吸收與放光光譜分析
圖4-9 BP105與RP119在THF溶液中的吸收及PL光譜
由圖 4-9 中，我們可以看到 BP105 的 PL 光譜與 RP119 的吸收光 譜，有一小部份的重疊，這表示 BP105 與 RP119 之間可能存在著能 量轉移的機制；另外 BP105 與 RP119 的 PL 光譜也有部份的重疊，在 重疊的部份其亮度會有加乘的現象，且重疊的部份接近綠光波長 (550nm)，由此我們推斷若兩材料能順利做出白光元件時，在綠色放 光光譜的部分勢必不會太弱。
4-2 基礎高分子電激發光元件製作
4-2-1 基礎藍光高分子電激發光元件製作
藍光BP105基礎元件結構為：
ITO/PEDOT:PSS(950Å，baking at 180°C、10min)/ BP105 (1~2wt%、
1000~3000rpm、baking at 140°C、10min)/LiF(10Å)/Ca(100Å)/Al (2000Å)，在實驗中我們利用不同的濃度與轉速來控制發光層的厚 度，並觀察發光層厚度對元件光電特性的影響，如圖4-10、4-11、4-12 及表4-3。
圖 4-10 BP105 基礎元件之發光層不同厚度之電流密度-電壓曲線圖
圖 4- 11 BP105 基礎元件之發光層不同厚度之亮度-電壓曲線圖
圖 4-12 BP105 基礎元件之發光層不同厚度之發光效率-電壓曲線圖 表 4-3 不同 EML(BP105)厚度之光電特性表
轉速 濃度 VL-on VL-max Lmax (cd/m2) EML
thickness(Å)
1wt% 4 14 1840 N/A
1.5wt% 5 20 917 N/A
1000rpm
2wt% 4.5 25.5 3610 2981
1wt% 3 11 4780 808
1.5wt% 4 16.5 2200 1226 2000rpm
2wt% 4.5 25 2530 2847 1wt% 3.5 13.5 1560 N/A 1.5wt% 4.5 19.5 1740 N/A 3000rpm
2wt% 4.5 20.5 1240 N/A
圖 4-13 BP105 基礎元件之 EL 光譜
a
ITO/PEDOT:PSS(950Å、baking at 180°C、10min)/ RP119 (1wt%、
800Å、baking at 140°C、10min)/LiF(10Å)/Ca(100Å)/Al(2000Å) 本研究中所使用的 Host 材料為藍光 BP105，Guest 材料為紅光 RP119，因此白光元件中主要的材料為 BP105，而 RP119 所摻雜的量 很少，不足影響到發光層的厚度，故此節紅光基礎元件製程主要是了 解 RP119 元件的 EL 光譜、CIE 座標以及光電特性(圖 4-15、4-16、4-17、
表 4-4)。
圖 4-15 RP119 基礎元件之電流密度-電壓曲線圖
圖 4-16 RP119 基礎元件之亮度-電壓曲線圖
圖 4-17 RP119 基礎元件之發光效率-電壓曲線圖
表 4-4 RP119 基礎元件之光電特性表 VL-on
(V)
VL-max (V)
Lmax (cd/m2)
Yieldmax
(cd/A) CIE
RP119 3.0 12.0 6118 1.28 @4.5V (0.65,0.35)
圖 4-18 RP119 基礎元件之 EL 光譜
(0.65,0.35)
圖 4-19 RP119 基礎元件之 CIE 座標
4-3 高分子藍光材料 BP105 摻雜入高分子紅光材料 RP119 之白光電激發光元件製作
在第 1-4 章節研究動機的部份，有提到白光高分子電激發光元件 製程的方式大致上有四種，而本實驗所採用的方式是利用雙互補色做 成單層元件，採用這方式最主要的原因有二:
a.互補色只需顧及 Host 與 Guest 材料之間的摻雜比例 b.單層元件只有一個再結合區域，故較好掌控
結合以上兩項優點，在製程上便簡化了許多步驟與不確定因素。
白光高分子電激發光元件結構為:
ITO/PEDOT:PSS(950Å、baking at 180℃、10min)/BP105:RP119 (1:x%、1wt%、800Å、baking at 140℃、10min)
/LiF(10Å)/Ca(100Å)/Al(2000Å)；x=1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6
圖 4-20 BP105 摻雜不同比例的 RP119 之元件 EL 光譜
0.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 CIE x
藍:紅 100:1.4 100:1.6 100:1.8 100:2.0 100:2.2 100:2.4 100:2.6 CIE 0.29,0.32 0.32,0.34 0.32,0.35 0.34,0.36 0.35,0.38 0.37,0.38 0.38,0.39
表 4-6 BP105 摻雜 RP119 比例為 100:2 時的光電特性
BP105:RP119 VoltL-on
(V) 100:2 4.0 12.5 11580 [email protected] 3.07@8v 0.34,0.36
9~14V
圖 4-22 操作電壓 vs CIE(x,y 軸)
元件操作電壓在 9~14V 時其 CIE 座標皆在約(0.34,0.36)
由圖 4-21 得知當 BP105:RP119 在 100:2 時可得到的最佳化的白 光，其 CIE 座標為(0.34,0.36)、亮度為 11580 cd/m2、最佳效率為 3.07 cd/A。另外在 EL 光譜的部分，可看圖 4-20，在 100:2 的時候，其藍 光的部份 peak 大約在 460nm、紅光部分的 peak 大約在 610nm
，特別要注意的是綠光的部份，因為本研究主要是利用藍光與紅光材 料來合出白光，所以通常會有綠光的亮度較不足的現象，但可由 EL 光譜得知，本研究所做出的元件，其綠光的部份的強度算是相當充足 的，而這樣的白光將來與彩色濾光片一起應用時，所得到的色飽和度 相較也會比較好。
4-4 白光高分子電激發光元件之優化-電洞傳輸層改質
為了使白光有更好的效率與亮度，於是我們針對電洞傳輸層 PEDOT:PSS作一個改質的動作，根據研究文獻指出，利用添加第二摻 雜物(如Polyalcohol或高沸點溶液等)，可使PEDOT:PSS的導電度大幅 提升且其吸收度不受影響，對於應用在OLED [28] [29] [30]、PLED [31][32]和OSC [33] [34] [35] [36]皆能有效地提升元件效率。因此在本 研究選用了將glycerol加入PEDOT:PSS，調配成多組濃度，並取出最 佳濃度。
4-4-1 不同濃度G-PEDOT之阻值量測
試片以薄膜型式進行量測。將不同濃度的G-PEDOT溶液經由孔
2000轉的轉速，以旋轉塗佈的方式成膜於素玻璃上，此時PEDOT:PSS 的膜厚約為1000Å，放置於加熱盤以180℃/10分鐘烤乾，加熱烤乾後 放入蒸鍍機內蒸鍍金屬鋁(Al)作為量測電極，之後置於手套箱低水氧 的環境下量測，利用Keithley 2400作為電阻計量測其電阻值，藉由電 阻公式反推算出電阻係數，最後轉換成導電度作數據比較，觀察添加 物加入前後或加入濃度多寡是否影響其導電度。
表4-7 不同濃度G-PEDOT的電阻率與導電率 ρ (Ω*cm) σ (s/cm)
PEDOT(CH8000) 1.09E+03 9.18E-04 GPEDOT(0.025g/ml) 2.36E+02 4.24E-03 GPEDOT(0.035g/ml) 2.03E+01 4.92E-02 GPEDOT(0.045g/ml) 1.48E+01 6.74E-02 GPEDOT(0.055g/ml) 1.42E+01 7.05E-02 GPEDOT(0.065g/ml) 1.14E+01 8.74E-02 GPEDOT(0.08g/ml) 1.05E+00 1.12E-01 GPEDOT(0.09g/ml) 1.13E+01 9.52E-02 GPEDOT(0.1g/ml) 1.11E+01 9.02E-02
圖4-23 不同濃度GPEDOT-導電率
由以上的測量結果(表4-6、圖4-23)，我們可以發現沒有加入 glycerol的PEDOT:PSS導電度到加入0.035mg/ml的G-PEDOT導電度有 明顯的提升，而到了0.065mg/ml的G-PEDOT後，則導電度已經有趨於 平緩，不再有明顯的變化。
PEDOT:PSS加入glycerol後導電度之所以會提升的原因，根據 Y. Yang研究團隊於2005年提出[35]，他們認為真正造成導電度增加的 原因，在於添加物的化學結構必須有2個以上的OH基，藉由添加物使 PEDOT:PSS的結構型態改變[37]，進而影響PEDOT和PSS之間的作 用，而使導電度增加。
4-4-2 以不同濃度G-PEDOT為電洞傳輸層之白光電激發光 元件製作
以不同濃度G-PEDOT為電洞傳輸層之白光元件結構為：
ITO/GPEDOT(glycerol 0.0~0.1g/ml，1000Å，baking at 180°C) /BP105:RP119(100:2) (800Å，1WT%，baking at 140°C)
/LiF(10Å)/Ca(100Å)/Al(2000Å)
圖4-24 以不同濃度G-PEDOT為電洞傳輸層之白光元件
圖4-25以不同濃度G-PEDOT為電洞傳輸層之白光元件 0.025 4.0 12.5 11380 2.69@8v 1.25@6v 0.34,0.35 0.035 4.0 12.5 10290 2.8@8v [email protected] 0.34,0.36 0.055 4.0 12.5 11600 2.95@8v 1.35@6v 0.33,0.35 0.065 4.0 12.5 16040 3.46@7v 1.7@5v 0.34,0.36
0.08 5 13 4950 1.49@10v 0.5@9v 0.34, 0.36 0.1 10.5 16.5 18 0.04@11v 0.022@11V 0.32, 0.38
由圖4-25可看出在當PEDOT:PSS加入了glycerol後而提高了電洞 傳輸層的導電度，使其元件的電流密度有了明顯的提升，特別是在 0.065mg/ml的G-PEDOT，而在亮度與發光效率的部份，也由原本的 11580cd/m2提升到16040cd/m2，而效率的部份則是由原本3.07cd/A提 升到3.46cd/A，亮度的部份提升了40%，發光效率的部份則提升了