第三章 原理
3.1 OLED 製程及發光原理
3.1.2 OLED 薄膜製程
目前 OLED 的有機材料設計著重於光色度、效率和壽命，換言之即是所謂化
學及熱穩定性要足夠高，非晶質狀態有機薄膜的安定性是影響有機發光二極體之 狀態的環境中製作，換言之，真空技術(vacuum technology)在整個 OLED 薄膜的製 造過程中扮演一項重要的技術，常用 SI 制的真空單位為 torr，1 atm = 760 torr。對
OLED 的製程而言，其過程約略敘述如圖 3.5 所示[48]，一般先將玻璃基版上形成 電漿(plasma)產生氧化活性基(oxygen radical)而利用氧化性基的 ITO 表面氧化法 [44,46]。 所製備之 OLED 薄膜，已屬於奈米級薄膜(nanothin film)，有機分子蒸鍍速率的快 慢與薄膜厚度，會直接影響 OLED 的品質，因此，必須了解各個有機物分子的蒸
位置不同而有所不同，因此所偵測到的值，並非有機分子真正的蒸鍍速率與厚度， 子活性基(anion radical)的電子和陽離子活性基(cation radical)的電洞；在陰極與有 機薄膜界面發生有機分子獲得電子之還原反應而形成陰離子活性基，而同時向陽
當 OLED 薄膜中化學分子受到外來能量的激發後，其電子組態的變化將由基 態(S0)提升至激發態(excited state)，若激發態的電子自旋(electron spin)和基態電子 成對的話，則此一狀態稱之為單重項態(singlet)；若兩個電子自旋不成對且是平行
→S0 + hν；(2)以非輻射途徑釋放，如熱或內轉換(internal conversion)，外轉換 (external conversions)及振動緩解(vibrational relexation)；對 OLED 而言，以光子形 式釋放能量的比率越高越好[27,44,47]。
有機電機發光薄膜的發光效率有內部量子效率(internal quantum efficiency)和 外部量子效率(external quantum efficiency)之區分，而外部量子效率是與陰極材料、
ηEL(ext)為有機發光二極體薄膜的外部量子效率，ηEL為有機有機發光二極體薄膜的 (external stress)、熱應力(thermal stress)、本徵應力(intrinsic stress)，其中外應力是 由外力作用施加於薄膜所引起的，熱應力是因為基板與膜的熱膨脹係數相差太大
面上，於熱平衡、不受外力施壓下，其單位截面的一側受到另一側施加的力，一
薄膜容易產生應變，若考慮與薄膜面垂直的任一斷面，斷面兩側會產生本徵應力，
3.2.2 壓電效應 壓電效應 壓電效應 壓電效應
而逆反，如圖 3.16 所示，圖(a)無受力；圖(b)壓縮；圖(c)拉伸。而逆壓電效應(converse piezoelectric effect)為當一直流電場施加於材料的兩端時，材料的形變會隨著電場上式CQ稱為零電場下的彈性常數(Elastic constant)。(3.12)及(3.14)即稱為本構方程式 (constitutive equation)。壓電關係基本上並不是單純之純數關係，而為一個有方向
x, y, z的方向而4，5，6則表示其剪力方向，其中4所表示為yz或zy的剪力，5表示xz 鏡射式反射回雷射頭經光學透鏡至 PSD(Position Sensitive Detector)，如圖 3.23 所 示，雷射光束射在 PSD 上時會輸出兩電流Ι1和Ι2，由(3.16)公式
第四章 第四章
第四章 第四章 實驗試片及裝置 實驗試片及裝置 實驗試片及裝置 實驗試片及裝置
4.1 實驗試片 實驗試片 實驗試片 實驗試片(OLED)
本實驗試片是由錸寶科技股份有限公司提供，屬於有機電激發光的試片，可分 為藍色螢光和綠色螢光兩種，規格都屬於 5 × 5(cm2)正方形試片，一片試片有八 個可測量發光面積，其測量發光面積固定為 2× 2(mm2)，每次實驗僅針對一小塊 的發光面積進行量測，錸寶公司提供綠色螢光試片的工作電壓為 6.0 V，藍色螢 光試片的工作電壓約為 3.0 ~ 4.5 V。如圖 4.1 所示，使用綠色螢光試片發光，
OLED 試片的工作電壓為 6.0 V，如圖 4.2 所示，使用藍色螢光試片發光，OLED 試片的工作電壓為 4.0 V。如圖 4.3 所示為架設試片所需之設備：(1)手動精密移 動平台為坦聯企業有限公司所生產型號 LC-38ZV 單軸手動精密移動平台，手動 精密移動平台面為 38×38 mm、最大上升高度為 10 mm、解析可達 10 µm，其功 能為固定 OLED 試片，方便讓電源夾夾住或觸碰試片不鬆動，還可微調試片與 雷射探頭之距離，以方便校正雷射探頭可量測範圍；(2)直流電源供應器由固緯 電子實業固份有限公司所生產型號 GPC-6030D 的直流電源供應器，提供直流電 讓 OLED 試片發光；(3)平台材料為金屬鋁，平台面為 50×50 cm，主要為連接手 動精密移動平台和防震桌，讓手動精密移動平台架設在防震桌上，目的是讓整 個平台能和雷射探頭夾具在同一平面，減少實驗誤差；(4)防震桌為匠星光電儀 器企業股份有限公司生產的第五代穩流型隔離氣室防震系統，內含進口高靈敏 度桌面水平調整氣閥，可有效隔離低頻震動，減少環境所造成的實驗誤差。
4.2 實驗裝置 實驗裝置 實驗裝置 實驗裝置
本實驗設備架構，實驗裝置可分為量測發光輝度系統和量測薄膜變形系統，當 OLED 試片通電後，OLED 薄膜除了會發光外，亦會產生變形，如圖 4.4 所示，
量測發光輝度系統之分光光譜儀可量取 OLED 試片發光區域的輝度，量測薄膜 變形系統之雷射位移計所附的雷射探頭可發出雷射光量取 OLED 薄膜的變形 量。裝置分述於下：
4.2.1 量測發光輝度系統 量測發光輝度系統 量測發光輝度系統 量測發光輝度系統
本系統可自動連續量測 OLED 試片發光區域，使用程式來控制分光光譜儀量 測輝度值，並將實驗資料自動記錄到程式儲存夾中。量測發光輝度系統，如圖 4.5 所示，主要設備如下:
(1)分光光譜儀
由日本 MINOLTA 公司製造生產，型號為 CS-1000A，此功能為可高速量測和穩 由 Manfrotto 公司製造，型號 Manfrotto 501，可載重 6 公斤，其功能為讓分光光譜 儀架設在油壓雲台上，油壓雲台可做 X、Y 方向的調整，三腳架可做 Z 方向調整。 測範圍距離(stand-off) 25.4 mm、可量測範圍(range) 0.51 mm、解析度(resolution)
12.7×10-3 µm，如圖 4.10 所示。雷射探頭夾具主要固定雷射探頭和調整雷射探頭 和試片之距離，夾具架設在防振桌上與手動精密平台同一水平面，避免外界的 干擾而減少實驗數據誤差。
(2)資料擷取裝置
為美國GM公司所設計生產，包含16頻道資料擷取盒(iNet-100)、資料擷取卡 (iNet-200)、擷取程式(instruNet World)、類比輸出訊號線(BNC接頭)。使用類比 訊號線連接主機至16頻道資料擷取盒第一頻道GND(黑線) - VIN+(紅線)，再連接 至電腦資料擷取卡，主機讀取數據以電壓方式傳輸到16頻道資料擷取盒轉成數 位傳輸至擷取程式中以示波圖顯示資料如圖4.11所示。資料擷取裝置最快取樣速 度可達100 MS/s，以數位方式傳輸資料，每一頻道訊號皆在資料擷取盒內數位化，
可降低電腦及環境雜訊的干擾，資料擷取裝置可延伸至1000英呎，因此整個系統 控管範圍較大，每一類比訊號讀入頻道皆有單獨的放大器，微量訊號擷取不必再 連接其它放大器，可以減少所佔的空間，提供光電藕合絕緣器，避免所提供之電 源不穩定，造成設備的損害。instruNet World是可控制16頻道資料擷取盒和資料 擷取卡之程式，提供含有長條圖及示波圖顯示之記錄軟體，且每一頻道可提供獨 立設定參數，設定參數分為內部設定：頻道、單位、電壓位移轉換、濾波參數，
如圖4.12所示；儲存設定:每秒掃瞄點數、儲存資料形式，如圖4.13所示。
第五章 第五章
第五章 第五章 實驗程序 實驗程序 實驗程序 實驗程序
5.1 短期測試實驗 短期測試實驗 短期測試實驗 短期測試實驗
本實驗針對藍色螢光試片不同的工作電壓，進行初步薄膜變形和發光輝度的探 討，最後選取適合長期的工作電壓，本實驗選用五片不同的試片，如圖 5.1 所示 為實驗之程序，其實驗步驟說明如下：
(1)架設 OLED 試片
將 OLED 試片黏貼在手動精密移動平台上，接著微調手動精密移動平台使電源 夾頭夾持試片正負兩極(較密為正極)，開啟電源供應器，測試 OLED 試片是否 發光，若 OLED 試片不發光，檢查試片是否有白點(發光區域損壞，無法點亮) 或是電源夾未觸碰試片的電極。
(2)調整量測變形系統
開啟雷射位移計主機，選擇 OLED 試片中一小塊發光區域，將雷射光束照在試 片中心點，然後調整雷射探頭與試片距離約 25.4 mm 左右，可量測範圍必須在 0.51 mm 內，一直到主機顯示器出現讀數為止，再微調雷射探頭與試片距離，
使讀數在可量測試片薄膜之範圍內，將薄膜可量測範圍之中間值重設為零以方 便量測。
(3)調整量測輝度系統
調整分光光譜儀，將分光光譜儀的物鏡中心點(黑點)去校正到 OLED 試片發光之 中心點後，分光光譜儀之鏡頭會自動對焦至試片發光區域，最後用油壓雲台固定 角度。
(4)設定電壓與時間
開啟電源供應器，設定 OLED 試片工作電壓和量測 OLED 試片時間間隔，每 10 分鐘增加一次工作電壓 0.5 V。
(5)啟動系統
將量測變形系統和量測輝度系統同時啟動，以量測薄膜變形量及薄膜發光輝度 值。
(6)試片溫度量測
對試片進行溫度量測。
(7)資料輸入 EXCEL
將量雷射位移計的主機螢幕上薄膜變形量、分光光譜儀螢幕上薄膜發光輝度 值、溫度及時間資料輸入至 EXCEL 中，以 XY 分佈圖形來進行分析判讀。
5.2 長期測試實驗 長期測試實驗 長期測試實驗 長期測試實驗
使用藍光試片工作電壓為 4.0 V 和綠光試片工作電壓為 6.0 V，以不同的試 片作長時間的量測，找出變形量與輝度值的相關性。長期測試的實驗步驟與短 期實驗差不多，長期實驗差別於使用資料擷取系統和 CS-S1w 程式，以連續紀錄 實驗數據，如圖 5.2 所示為實驗之程序。
第六章
卡(iNet-200)、擷取程式(instruNet World)所組成，如圖 6.1 所示，PDS-P50 規格 為雷射探頭離可量測範圍距離(stand-off) 25.0 mm、可量測範圍(range) ± 5.0 mm、解析度(resolution) 3.0 µm，以 1(V) = 4000(µm)電壓量轉成變形量。此雷射 位移計的主機是附在雷射探頭上，所以雷射探頭的 12.0 V 電源來自 iNet-100，訊號轉換器連接雷射探頭和 iNet-100 作為轉換和放大訊號的功能，iNet-100 以 資料傳輸線連接至電腦的資料擷取卡，雷射探頭讀取數據後以電壓方式傳輸到 iNet-100 轉成數位傳輸至 instruNet World 中以示波圖顯示數據。當使用 GLORY 雷射位移計量測 OLED 試片，當雷射探頭發出雷射光束以透射玻璃基版至薄膜 時，發現雷射光束在對 OLED 薄膜無法聚焦反射，而散射至其他方向，使雷射 探頭無法正常接收反射回來之雷射光束，加上此雷射位移計解析率為 3.0 µm，
不符合實驗的精確度，因此 GLORY 雷射位移計無法量測 OLED 薄膜變形。
(2)LC-2400A 系列雷射位移計
LC-2400A 系列雷射位移系統為 keyence 公司所生產，包含主機、雷射探頭 (LC-2420)和資料傳輸線，如圖 6.2 所示。主機解析度為 0.01 µm 和 50 KHz 取樣 率，LC-2420 規格為雷射探頭離可量測範圍距離(stand-off) 10.0 mm、可量測範 圍(range) ± 0.2 mm、解析度 0.32 µm，雷射探頭讀取數據後藉由資料傳輸線以電 壓方式傳輸到主機，經由主機內部程式以電壓轉換為變形量後，顯示在主機螢 幕上。使用 LC-2400A 系列雷射位移計量測 OLED 試片，當雷射探頭發出雷射 光束以透射玻璃基版至薄膜時，發現雷射探頭能正常接收反射回來之雷射光
束，但是還是無法量測薄膜變形，推測原因為主機雷射功率不足，雷射光反射
束，但是還是無法量測薄膜變形，推測原因為主機雷射功率不足，雷射光反射