C-2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Yield (cd/A)
Voltage (V) POSS 2
C-2
Fig. 4.75 EL curves of C-2 and POSS2
4.7.4 磷光星狀分子發光元件的結構與光電性質(POSS3)
對於可蒸鍍的磷光錯合物來說，由於容易有濃度焠滅(concentration quenching)的情形產生，因此磷光錯合物都是以少量摻雜至主發光體(host) 中 。 其 中 ， 最 常 被 磷 光 物 質 所 使 用 的 主 體 (host) 為 CBP(4,4-N,N’-dicarbazole-biphenyl)
[21]
。由於以 POSS 為中心核的星狀分子可以以旋轉塗佈的方式製成 PLED 元件，所以對於磷光星狀分子POSS3 材料的元件研究，我們便直接將其摻 混入小分子CBP 中製成元件，元件結構為 Device I：ITO/PEDOT/POSS3：
CBP/Ca/Al。其中磷光物質摻混的多寡，往往對元件的表現有很大的影響 性：摻雜的百分比太少時，由主體至客體的能量傳送(energy transfer)將不完 全；摻雜的百分比太多又會造成濃度焠滅的情形產生。Fig. 4.76~Fig. 4.77 即為不同濃度及比例下之元件性質比較：由此發現，16 mg/ml 濃度下摻混 18 wt%的 POSS3 於 CBP 主體中，可以達到最好的元件效果。此外，從圖中 亦可發現，在相同摻混比例下，改變不同之CBP 的濃度條件也會影響元件
400 500 600 700
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
POSS2
C-2
性質。其元件性質整理於Table 4.8 中。
Table 4.8 POSS 3 於不同濃度及比例下的元件性質比較
Material EL λ
max(nm) V
turn on(V) Luminance
(Max)(cd/m
2)
Yield
(Max)(cd/A) C.I.E. 1931(x,y)
8mg/ml 10wt% 524 7 441 0.23 (0.33,0.61) 12mg/ml 14wt% 524 9 828 0.68 (0.34,0.62) 12mg/ml 18wt% 524 10 497 0.46 (0.33,0.62) 14mg/ml 18wt% 524 13 465 0.81 (0.34,0.62) 16mg/ml 18wt% 524 12 1008 1.04 (0.34,0.61) 20mg/ml 22wt% 540 17 225 0.30 (0.38,0.59)
(Device I：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP/Ca/Al)
同樣地，我們將發光單體與星狀分子製成相同條件的元件並作比較，
此處所選用之條件為之前所使用之16 mg/ml 濃度下摻混 18 wt%的 POSS3 於CBP 主體中，如 Fig. 4.78~Fig. 4.80 及 Table 4.9 所示。結果發現，沒有 POSS 做為中心核的磷光物 C-3，其亮度較星狀分子的降低許多，這是由於 元件結構是以CBP 小分子為主體(host)，以旋轉塗佈的方式做成元件，所以 若沒有一定程度的成膜性，將大大降低元件的表現。因此，我們可以推論，
以POSS 為中心核所形成的星狀分子結構的確能有助於成膜性的改善。
Table 4.9 POSS3 與 C-3 於 Device I 結構的元件性質比較
Device I EL λ
max(nm) V
turn on(V) Luminance
(Max)(cd/m
2)
Yield
(Max)(cd/A) C.I.E. 1931(x,y)
POSS3 524 12 1008 1.04 (0.34,0.61)
C-3 526 9 285 0.99 (0.32,0.62)
(Device I：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP/Ca/Al)除了Device I：ITO/PEDOT/POSS3：CBP/Ca/Al 的結構外，我們也針對 陰極做些微改變。分別探討Ca(35 nm)/Al(100 nm)、LiF(3 nm)/Al(100 nm) 及LiF(0.4 nm)/Ca(15 nm)/Al(100 nm)等三種陰極結構，如 Fig. 4.81~Fig. 4.82 及Table 4.10 所示。結果發現，以 LiF/Ca/Al 結構為陰極之亮度及效率最高。
這是因為引入 LiF 層可以修飾陰極與有機層的介面，使電子更容易由陰極 注入至發光層中
[142]
。Table 4.10 POSS3：CBP 於不同陰極結構的元件性質比較
POSS3 EL λ
max(nm) V
turn on(V) Luminance
(Max)(cd/m
2)
Yield
(Max)(cd/A) C.I.E. 1931(x,y)
Device I 524 12 1008 1.04 (0.34,0.61) Device II 524 13 642 0.97 (0.33,0.62) Device III 524 9 1458 1.62 (0.33,0.62)
(Device I：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP/Ca/Al) (Device II：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP/LiF/Al) (Device III：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP/LiF/Ca/Al)
由於磷光的三重激發態生命期很長，三重態激子的擴散範圍較單重態 電子大上許多，為了提高元件效率，文獻的探討中會在元件結構中加入電 洞阻擋層(hole blocking layer，HBL)以阻擋激子的擴散，將三重態激子限制 於 發 光 層 中 。 所 以 我 們 另 外 將 元 件 引 入 TPBI (1,3,5-tris(2-N-phenylbenzimidazolyl)benzene)做為電洞阻擋層
[143]
，觀察其影 響 的 效 應 (Device IV ： ITO/PEDOT/POSS3 ： CBP:TPBI/LiF/Al) 。 由 Fig.4.83~Fig.4.84 及 Table 4.11 可以看出，加入 TPBI 後元件亮度些微地上 升，而效率卻大幅的改善。由此可知，TPBI 確實可以阻擋電洞的移動，激 子侷限在發光層中而使放光效率得以提升。其中，以 50 %的 TPBI 比例的 元件性質最佳。綜合以上對 POSS3 的元件研究，於 Device I：ITO/PEDOT/POSS3：
CBP/LiF/Ca/Al 下，最大亮度為 1458 cd/m
2
，最大效率為 1.62 cd/A；混入 TPBI 後(ITO/PEDOT/POSS 3：CBP:TPBI/LiF/Al)，最大效率可達 3.99 cd/A。Table 4.11 POSS3：CBP 於不同 TPBI %下之元件性質比較
POSS3 EL λ
max(nm) V
turn on(V) Luminance
(Max)(cd/m
2)
Yield
(Max)(cd/A) C.I.E. 1931(x,y)
0 %TPBI 524 13 642 0.97 (0.33,0.62) 25%TPBI 524 14 1148 3.10 (0.33,0.62) 50%TPBI 524 13 1172 3.99 (0.33,0.62) 75%TPBI 524 13 1246 3.16 (0.33,0.62) 100%TPBI 524 12 741 2.08 (0.33,0.62)
(Device IV：ITO/PEDOT/POSS 3：CBP：TPBI/LiF/Al)
Fig. 4.76 L-V curve for the device ITO/PEDOT/POSS 3:CBP/Ca/Al with different concentration and wt%.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
8mg/ml 10wt%
12mg/ml 14wt%
16mg/ml 18wt%
20mg/ml 22wt%
14mg/ml 18wt%
12mg/ml 18wt%
Fig. 4.77 Yield-V curve for the device ITO/PEDOT/POSS 3:CBP/Ca/Al with different concentration and wt%.
Fig. 4.78 L-V curve for the device C-3 and POSS 3
0 5 10 15 20
0 200 400 600 800 1000
Luminance (cd/m2 )