非一般真空熱蒸鍍設備製作漸進式結構

日本山形大學的 J. Kido 教授在 SID 2008 的會議上發表了紅色磷光漸進 式元件。如圖 1-22 所示，製程方法使用非傳統的真空熱蒸鍍設備，有別於 一般分別為固定式基板與蒸鍍源的機台，其控制元件基板在二個蒸鍍源之 間移動，改變基板與蒸鍍源之相對位置，造成蒸鍍速率的瞬時變化，即可 製作漸進式結構。作者分別製作了傳統異質接面 (Hetero)結構與漸進式 (Graded)結構，其結構分別為 Hetero: ITO/MCC (20 nm)/ NPD (30 nm)/ BAlq:

3%Ir(piq)3 (20 nm)/ BAlq (30 nm)/Liq/Al 及 Graded: ITO/MCC (20 nm)/ NPD (30 nm)/ NPD (30 nm): 3%Ir(piq)3: BAlq (50nm) /Liq/Al。實驗結果如圖 1-23，

Graded 元件不論在操作電壓、功率效率、外部量子效率之表現皆優於 Hetero 元件，而元件之操作壽命更由 100 小時大幅提升至超過 20000 小時^[25]。

圖 1-22、傳統蒸鍍與行進中蒸鍍方法比較

(a)

over 20000 h over 330000 h

@1000 cd/m²

Normalized Luminance (a.u)

Time (h)

2009 年 F. Lindla 等人使用有機氣相沉積(organic vapor phase deposition, OVPD)法來製作線性變化的漸進式(linearly cross-faded, LCF)結構，如圖 1-24，作者以 CBP 及 TMM004 為主發光體材料，將紅色及綠色磷光客發光 體依序摻雜至發光層內，並改變紅、綠客發光體在發光層所摻雜的比例範 圍來調整發光顏色，再進一步與雙主發光體 (mixed-host, MH) 結構比較。

實驗結果由表 1-2 可知，LCF 元件普遍比 MH 元件擁有較佳的電流與 功率效率，而調變紅、綠客發光體比例發現，LCF 元件之外部量子效率皆 維持在約 16%，而 MH 元件之外部量子效率皆低於 12%。作者認為由於 LCF 的結構使電洞、電子之再結合區侷限在 HTL/EML 接面到發光層中間的範圍 內。當激發子擴散往陽極方向時，則會被紅色客發光體所利用，若往陰極 方向，也會被其它綠色客發光體利用，使得元件的外部量子效率能高於 MH 元件。作者更提出在 MH 結構方面，使用二種不同傳輸特性的主發光體共 同均勻摻雜，會使得分子與分子彼此之間的距離增加，造成發光層的載子 遷移率下降、電壓上升。而靠近陽極端的區域，通常電子已經消耗完畢而 不需電子傳輸材料的傳導，相較於 MH 系統過多未複合的載子，LCF 結構 更能減少這不必要的電壓^[26]。

此外，作者也在其他文獻發表了紅色磷光 LCF 元件操作壽命的測試，

雖然 LCF 元件之效率仍然高於 MH 元件，但元件操作壽命卻與傳統異質接 面元件相當，甚至還低於 MH 元件，如圖 1-25 所示^[27]。

圖 1-24、(a)雙主發光體黃光元件 (b)漸進式黃光元件^[26]

表 1-2、雙主發光體元件和漸進式元件效率比較^[26]

圖 1-25、磷光紅光元件操作壽命量測^[27]

S. Lee 等人在 SID 2012 發表了利用線性漸進式結構(linearly-graded mixed host, LGM)來改善藍色磷光 OLED 元件^[28]。如圖 1-26 所示，有別於 傳統的熱蒸鍍製程，為了確實的製程 LGM 結構，他們設計了一種可即時性 移動的新型坩鍋模組，並驗證此蒸鍍系統在鍍率感測上的準確度^[29]。

圖 1-27 為藍色磷光元件的能階圖，其中虛線部分為發光層所分布的範 圍，而實驗部分主要以線性漸進式結構(LGM)與雙主發光體結構(UM)比較，

改變藍色磷光客發光體摻雜在發光層中的位置及範圍，觀察其效率變化，

探討 LGM 結構與 UM 結構在發光層中的再結合區域之消長關係。

而實驗結果方面，由圖 1-28 的元件(C)及元件(D)可知，當分別在發光 層靠近電洞傳輸材料及電子傳輸材料一端減少客發光體的摻雜量時，元件 (D)相較於元件(C)的外部量子效率急劇下降，表示電洞、電子之再結合區在 發光層內比較接近電子傳輸材料一端。

從圖 1-29 可發現，當分別減少 LGM 與 UM 元件在接近電子傳輸材料 一端之客發光體的摻雜範圍後，UM 元件效率下降的幅度明顯大於 LGM 元 件，作者推論由於 LGM 結構讓電荷在發光層中更加平衡，並且有效的驅使 載子之再結合區域向發光層的中心位置移動，降低激發子在 EML/ETL 接面 上產生淬熄的機率，因此能有效的提升元件效率。

圖 1-26、S. Lee 等人所設計之坩鍋模組^[29]

圖 1-27、藍色磷光元件之能階圖^[28]

圖 1-28、外部量子效率與電流密度關係圖^[28]

圖 1-29、(a)LGM (b)UM 元件效率量測圖^[28]