透明電極對透明有機發光二極體之效應

國立臺灣大學電機資訊學院電子工程學研究所 碩士論文

Graduate Institute of Electronics Engineering College of Electrical Engineering & Computer Science

National Taiwan University Master Thesis

透明電極對透明有機發光二極體之效應

Influences of Transparent Electrodes on Characteristics of Transparent Organic Light-Emitting Diodes

柯婷瑋 Ting-Wei Ko

指導教授：吳忠幟 博士 Advisor: Chung-Chih Wu, Ph.D.

中華民國 105 年 7 月

July, 2016

I

致謝

本論文得以順利完成，最先要感謝的是我的指導教授吳忠幟老師。自大三跟 隨老師開始做專題，在三年多的時間裡，讓我從一個對有機發光二極體懵懂無知 的學生，蛻變成即將畢業的碩士生。於學術上，謝謝老師在無數多個實驗中，教 導我們學會如何去分析數據、解決問題，更指點我們實驗的方向；於生活中，謝 謝老師在時間分配上給予我們極大的自由，也會不定期的安排活動，讓我們在忙 碌的生活中能夠適度放鬆。也謝謝老師在繁忙的日程中，花費心力來批改我的論 文，並指出了不足的地方。謝謝口試委員陳例吟教授以及蔡志弘教授，撥冗審閱 我的論文，提出許多的建議，使得本論文能夠更加完善。

謝謝已經畢業的學長姐們，在實驗及研究上給了我諸多幫助。感謝懿麟學長 花費時間帶我做專題，教了我許多相關的知識。謝謝惠婷學姊在我的新生訓練時 期一步一步的教我使用儀器及製作元件。謝謝奕翔學長教會我使用multi-chamber

。謝謝濬洋學長，教了我超級多儀器或是製程的方法，還在我剛進來做實驗的時 期，幫我處理了很多我製造的問題，給了我很多實驗上的幫助，能有這篇論文的 產生，也要感謝你提供的許多想法。

謝謝目前還在實驗室的大家。謝謝晁瑞學長教我打sputter 和 RIE，謝謝維隆 總是帶給大家歡笑，謝謝冠忠幫我做各種雜事，謝謝焦閔教了我跑效率模擬圖以 及TiO2的製程，謝謝蝦米常常介紹好看的韓劇給我紓壓，謝謝偉愷每次都耐心地 回答我各種問題，給我很多論文及口試的建議，感謝一起口試的孟融處理了許多 事情，也謝謝來聽我口試的宇薪、凱晨以及學弟妹們。

謝謝大學同學和朋友們，常常忍受我各種抱怨以及焦慮的心情，並給了我許 多的安慰以及幫助，謝謝我的男朋友泓諭，在我的碩士生活中給予我很大的支持

，並處理我的負面情緒。謝謝我的弟弟以及從小到大養育我的父母親，讓我能夠 沒有後顧之憂地完成學業，也總是支持我所做的任何決定。

最後，將這本論文獻給在這段日子裡，支持我、鼓勵我及陪伴我一起成長的 每一個人，謝謝你們。

摘要

近年來，有機發光二極體快速發展成一具有潛力的平面顯示與照明技術，

其中，有機材料的透明性使得有機發光二極體未來具有更廣泛的應用，例如可 使窗戶具備顯示的功能。因此，有許多研究致力於發展透明有機發光二極體。

為了滿足高效率、低操作電壓、長壽命的顯示元件特性，我們必須設法了解透明 元件的光學特性，來達到最佳的外部出光效率，並維持元件的高穿透度。

在本論文研究的第一部分，我們說明了光學模擬所應用的原理，並透過此模型 來預測不同的透明電極之元件結構特性，並就模擬的結果作分析與討論。接著，我 們實作出應用透明導電高分子電極的透明有機發光二極體元件，將其實驗結果與 模擬相比較，並推測與模擬結果有所出入的原因。

在本論文研究的第二部分，我們將使用導電高分子電極之透明有機發光二極 體元件堆疊加上高折射率二氧化鈦薄膜，利用此薄膜使透明元件的微共振腔效應 增強，進而提高其總和外部量子效率。並觀察到改變元件結構能調整穿透度頻譜的 峰值位置，使元件在未點亮前，因不同結構下呈現不同的顏色變化，使得透明元件 更具有特色。

關鍵字：透明電極、有機發光二極體、光學模擬、高折射率薄膜、微共振腔

III

ABSTRACT

Organic light-emitting devices (OLEDs) have been demonstrated as an important display and lighting technology. Among various advantages, transparency of organic materials can further extend applications of OLEDs, for instance, making windows as displays. Therefore, many researchers have been devoted to developing transparent OLEDs. It is necessary to understand the optics in transparent devices so that we can optimize the external quantum efficiency and maintain high transparency to attain high efficiency, low operating voltage and long lifetime.

In the first part of this thesis study, we predict the characteristics of transparent OLED structures using different transparent electrodes by optical simulation data. Then we conducted experiments on OLEDs which adopted the PEDOT:PSS transparent electrode. By comparing the experiments and simulation data, we analyze the reason that result in the difference between the simulation and the experiment data.

In the second part of this thesis study, we apply the high-refractive-index TiO2 thin film to the OLEDs with PEDOT:PSS electrodes. With enhancing the microcavity of transparent OLEDs, the high-index thin film can improve the total external quantum efficiency. In addition, we can adjust the structure to shift the peak of transmittance spectra, resulting in different colors of transparent OLEDs which may find some interesting applications.

Keywords: transparent electrodes、Organic light-emitting devices (OLEDs)、optical simulation、high refractive index thin film、microcavity

目錄

致謝 ... I 摘要 ... II ABSTRACT ... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... VI 表目錄 ... VIII

第一章 緒論 ... 1

1.1 有機發光二極體簡介 ... 1

1.2 透明電極發展與應用 ... 2

1.3 研究動機與論文架構 ... 3

第一章圖表 ... 4

第二章 透明有機發光二極體光學模擬 ... 5

2.1 前言 ... 5

2.2 透明有機發光二極體光學模擬原理 ... 5

2.2.1 透明元件光學效應 ... 5

2.2.2 透明元件效率模擬原理 ... 5

2.2.3 透明元件穿透度模擬原理 ... 9

2.2.4 光學模型輸入與輸出 ... 10

2.3 透明有機發光二極體模擬參數 ... 10

第二章圖表 ... 12

第三章 氧化銦錫陽極之透明元件 ... 16

3.1 前言 ... 16

3.2 氧化銦錫陽極透明元件模擬與分析 ... 16

3.3 總結 ... 17

V

第三章圖表 ... 18

第四章 導電高分子陽極之透明元件 ... 21

4.1 前言 ... 21

4.2 導電高分子陽極透明元件模擬與分析 ... 21

4.3 導電高分子陽極透明元件實驗 ... 23

4.3.1 實驗與量測方法 ... 23

4.3.2 實驗結果與討論 ... 23

4.4 總結 ... 25

第四章圖表 ... 26

第五章 高折射率薄膜與導電高分子陽極透明元件 ... 36

5.1 前言 ... 36

5.2 高折射率薄膜與導電高分子陽極透明元件模擬與分析 ... 36

5.3.1 高折射率薄膜簡介 ... 36

5.3.2 透明元件模擬與分析 ... 36

5.3 高折射率薄膜與導電高分子陽極透明元件實驗 ... 37

5.3.1 實驗與量測方法 ... 37

5.3.2 實驗結果與討論 ... 38

5.4 總結 ... 40

第五章圖表 ... 41

第六章 總結與未來展望 ... 52

6.1 總結 ... 52

6.2 未來展望 ... 52

參考資料 ... 53

圖目錄

圖1-1 有機發光二極體元件結構示意圖 ... 4

圖2-1

k k k , ,

圖2-2 元件穿透反射示意圖 ... 12

圖2-3 各層材料折射率n( ) ... 13

圖2-4 各層材料消光係數k( ) ... 14

圖2-5 發光材料IR(PPY)2(ACAC)之變角度P極化光激發光強度之模擬與實驗圖 . 14 圖2-6 發光層 CBP:IR(PPY)2(ACAC)的光致發光頻譜 ... 15

圖3-1 陽極ITO 與電洞注入層 HATCN 之折射率與消光係數 ... 18

圖3-2 模擬透明元件結構3A 之上出光效率 ... 18

圖3-3 模擬透明元件結構3A 之下出光效率 ... 19

圖3-4 模擬透明元件結構 3A 之總出光效率 ... 19

圖3-5 模擬透明元件結構 3A 之穿透度 ... 20

圖4-1 陽極PH1000 與電洞注入層CH8000 之折射率與消光係數 ... 26

圖4-2 模擬透明元件結構4A 之上出光效率 ... 26

圖4-3 模擬透明元件結構4A 之下出光效率 ... 27

圖4-4 模擬透明元件結構4A 之總出光效率 ... 27

圖4-5 模擬透明元件結構4A 之穿透度 ... 28

圖4-6 模擬透明元件結構 4B 之上出光效率 ... 29

圖4-7 模擬透明元件結構 4B 之下出光效率 ... 29

圖4-8 模擬透明元件結構4B 之總出光效率 ... 30

圖4-9 模擬透明元件結構4B 之穿透度 ... 31

圖4-10 導電高分子陽極透明元件實驗流程圖 ... 32

圖4-11 實驗透明元件4C、4D、4E 結構圖 ... 32

圖4-12 實驗透明元件4C、4D、4E 的 I-V-L 圖 ... 33

VII

圖4-13 實驗透明元件4C、4D、4E 的下發光效率-電流密度圖 ... 33

圖4-14 實驗透明元件4C、4D、4E 的上發光效率-電流密度圖 ... 34

圖4-15 實驗透明元件的電致發光頻譜 ... 34

圖4-16 實驗透明元件4C、4D、4E 的穿透頻譜圖 ... 35

圖5-1 二氧化鈦折射率與消光係數 ... 41

圖5-2 模擬透明元件結構5A 之上出光效率 ... 41

圖5-3 模擬透明元件結構5A 之下出光效率 ... 42

圖5-4 模擬透明元件結構5A 之總出光效率 ... 42

圖5-5 模擬透明元件結構5A 之穿透度頻譜 ... 43

圖5-6 高折射率薄膜與導電高分子陽極透明元件實驗流程圖 ... 44

圖5-7 實驗透明元件5B、5C、5D、5E、5F、5G 結構圖 ... 45

圖5-8 實驗透明元件 5B、5C、5D 的 I-V-L 圖 ... 46

圖5-9 實驗透明元件 5B、5C、5D 的下發光效率-電流密度圖 ... 46

圖5-10 實驗透明元件 5B、5C、5D 的上發光效率-電流密度圖 ... 47

圖5-11 實驗透明元件 5E、5F、5G 的 I-V-L 圖 ... 48

圖5-12 實驗透明元件 5E、5F、5G 的下發光效率-電流密度圖 ... 48

圖5-13 實驗透明元件5E、5F、5G 的上發光效率-電流密度圖 ... 49

圖5-14 實驗透明元件5C/5F 的電致發光頻譜 ... 49

圖5-15 實驗透明元件5D 的電致發光頻譜 ... 50

圖5-16 實驗透明元件5G 的電致發光頻譜 ... 50

圖5-17 實驗透明元件5B、5C、5D 的穿透頻譜圖 ... 51

圖5-18 實驗透明元件5E、5F、5G 的穿透頻譜圖 ... 51

表目錄

表4-1 實驗透明元件4C、4D、4E 的模擬與實驗效率 ... 35 表5-1 實驗透明元件 5B、5C、5D 的模擬與實驗效率 ... 47 表5-2 實驗透明元件 5E、5F、5G 的模擬與實驗效率 ... 51

1

第一章 緒論

1.1 有機發光二極體簡介

有機電激發光(electroluminescence, EL)最初於 1963 年由 Pope 教授發表[1]，

當時發現於蒽(anthrancence)的晶體加以 100 伏特以上的電壓會發出微弱的藍光。

1987 年，柯達鄧青雲博士等人利用能發光的小分子有機材料 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq) 搭配電洞傳輸材料 aromatic diamine，運用熱蒸鍍技術，製作出有 機發光元件[2]。此元件使用了兩層結構，將電子與電洞傳輸層分開，使得載子在 兩個有機層介面複合並放光，相較於此之前的單層元件，操作電壓不但可降低至 10 伏特以下，效率也有所提升。此研究成果促使了日後許多關於有機發光二極體 元件研究的蓬勃發展。

現行常見的有機發光二極體是由數層有機材料薄膜組成，如圖 1.1 所示，元 件兩端為導電電極，有機層可分為電洞注入層(hole-injection layer, HIL)、電洞傳 輸層(hole-transport layer, HTL)、發光層(emissive layer, EML)、電子傳輸層 (electron-transport layer, ETL)與電子注入層(electron-injection layer, HIL)。當元件兩 端分別施加正負電位，電洞及電子會分別由陽極與陰極注入至電洞傳輸層與電子 傳輸層，注入的電子與電洞在有機材料層中會往另一端電極之方向傳導，最終形 成電子電洞對，於發光層複合並放光。在有機發光二極體中，有機材料和電極間 的界面特性會決定載子注入元件的難易程度，各層有機材料的電荷傳輸特性及導 電性對於元件運作與光電特性也會有顯著影響。此外，由於各種不同的有機材料 分子間的能階與傳導特性的不匹配，在兩層相異的有機材料薄膜間，會形成異質 接面(heterojunction)，這樣的接面會影響元件中電荷及電場的分布，對元件之操 作電壓與發光效率也有決定性的影響。

因有機發光二極體具備質量輕、自發光、視角廣、響應快速、可撓性與低成 本等優點，被視為是未來極有潛力的平面顯示技術。其中，主動矩陣有機發光二

極體(active-matrix OLEDs, AMOLEDs)顯示技術將有機發光二極體製作於薄膜電晶 體(thin-film transistors, TFTs)之上，利用薄膜電晶體製作電路來操控有機發光元 件，使得每一個有機發光元件像素可以獨立運作。因此，主動有機發光二極體顯 示技術有機會製作出高影像品質、高效率的顯示面板，是相當被看好的平面顯示 技術之一。

在元件效率不斷地提升之下，白光有機發光二極體被認為可能應用在固態照 明[3][4]。目前白光有機發光二極體的發展不及傳統無機發光二極體，但是無機 發光二極體為點光源，需要額外的燈具才能用於照明，然而有機發光二極體為面 光源，可以直接製作在可撓性基板上和使用低成本的大面積製程，有機發光二極 體仍具有優勢。

1.2 透明電極發展與應用

在有機發光二極體中，兩端電極扮演著傳遞載子及將其注入至元件的重要角 色。不論是電極材料本身的導電能力、能階、吸收程度等特性，或是元件製程中 所決定電極的平坦與均勻程度，皆會對有機發光二極體元件最終外部量子效率、

電流密度及操作電壓有一定的影響。

電極材料的種類繁多，於透明陽極方面，氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)因 為良好的導電性、高穿透度與製程方便[5]，是有機發光二極體常使用的陽極材料 [6]。然而，由於元素銦在地殼中蘊含量稀少，導致價格昂貴。此外，生產 ITO 所 需的真空腔體設備與高溫退火處理也使得製造成本和能源消耗增加。因此，眾多 學者致力於發展能取代氧化銦錫作為透明陽極的材料。其中，被認為最具代表性 的材料之一為有機透明導電高分子PEDOT:PSS。導電高分子不但導電性及穿透度 佳、具有可撓性、使用溶液製程(solution process)，能有效地減少生產上的能源 消耗，不僅可做大面積生產，亦與可撓性製程有良好的匹配，在應用上具備極大優 勢，因此也成為近年來常見的透明陽極材料[7]。

3

由於有機發光二極體之結構常為下發光元件，使用厚度 100 奈米以上的金屬 作為不透光的陰極。隨著有機發光二極體上發光元件及透明元件相繼發展，透明 陰極的研究才逐漸被重視。目前透明陰極常使用氟化鋰(Lithium fluoride, LiF)、鋁 (Aluminium, Al)及銀(silver, Ag)三種材料，並在上方搭配有機材料而成的結構[8]，

此種陰極結構具有高穿透度，導電能力佳，且全程可使用熱蒸鍍方式成長，製程 方便，是被廣泛應用在透明有機發光二極體的陰極結構。另外，像是鎂銀合金[9]

或是銀前後搭配金屬氧化物的結構也是常見的透明陰極之一[10]。因為透明電極 的穿透度或導電性會決定透明發光二極體的表現，隨著近年來透明元件的研究蓬 勃發展，重要性逐漸提升，而透明陰極和陽極的光學特性和電性也日益改善。

1.3 研究動機與論文架構

近年來，因有機發光二極體被視為最具潛力做為未來的顯示器及照明產品，

其研究發展備受矚目。目前有機發光二極體顯示面板已被應用在小尺寸的顯示裝 置上，除此之外，有機發光二極體還具備其餘優勢，像是透明度高與可撓性，也有 機會被廣泛應用在商業產品上。因此，為了能深入分析透明有機發光二極體元件 特性，本研究著重在探討透明電極對透明有機發光二極體元件特性的影響，並希 望能對如何改善透明有機元件有所幫助。

在本篇論文中，第一章回顧了有機發光二極體元件的歷史，並簡單說明了透 明電極的發展與應用。

在第二章中，我們說明了有機發光二極體中的光學效應，以及模擬元件之光 學特性所使用的原理。

在第三章至第五章中，我們分別模擬及實驗不同電極的透明元件結構，包括 氧化銦錫陽極、導電高分子陽極以及高折射率光學薄膜搭配導電高分子陽極，並 分析其元件特性與模擬及實驗結果。

第六章中總結本論文的成果，並對透明有機發光二極體研究提出未來展望。

第一章圖表

圖 1 - 1有機發光二極體元件結構示意圖

5

第二章 透明有機發光二極體光學模擬

2.1 前言

本章節將介紹透明有機發光二極體中的光學效應及本研究所使用之光學模擬 模型之基本原理，利用模擬來改變透明有機發光二極體中電子傳輸層、電洞傳輸 層與透明陰極的厚度，以及透明陽極與元件上方覆蓋層之種類及厚度等不同元件 結構，並計算相對應的輻射模態比例及穿透度，作一系列的探討與分析。利用光 學模型模擬元件結構，不但能有效預測實驗之結果，也節省時間及實驗成本。

2.2 透明有機發光二極體光學模擬原理 2.2.1 透明元件光學效應

當光在有機發光二極體元件中行進時，由於各層材料間折射率的不匹配，光 會產生反射及折射。當入射角大的光由折射率高的物質入射至折射率低的物質，

就會產生全反射，使得部分的光困在元件裡，影響出光效率。此外，有機層厚度 大約100 nm，與發光波長在同一個數量級，因此會產生干涉效應。再來要考慮各 層材料吸收的程度，當光從發光層向外傳遞時會被有機層吸收，而通過透明陰極 結構之金屬時，也會被金屬吸收而造成能量的損失。有機發光二極體元件光學效 應包含：折射、反射、干涉、吸收，這些效應會對透明元件的上下出光效率、模 態分布、各角度的能量分布以及電激發光頻譜造成一定的影響，進而決定了透明 有機發光二極體的表現，因此在本研究中，首先運用光學模擬來預測本論文透 明元件之外部量子效率及透明度等特性。

2.2.2 透明元件效率模擬原理

本實驗室先前已針對有機發光二極體元件建構出光學模型[11]，計算前述所 提及的各種光學效應後，來模擬有機發光二極體的光學性質，以下說明此模型所

應用之基本原理。

在有機發光二極體中，位於發光層中的有機分子是基本的發光單位。當在電 極外加偏壓使電子電洞注入至有機層，並在發光層中複合而形成激子(exciton)，

使得有機分子被激發到能量較高的量子狀態，因為自發輻射(spontaneous emission) 回到基態並放出光子。本實驗室的光學模型為描述激子在層狀光學結構下發光以 及從元件耦合出光的這段過程，激子形成前的機制則不在光學模型的討論範圍 內，而是以假定之參數代入。

利用古典電磁理論與量子力學，可用來分析層狀結構的有機發光二極體元 件。由古典電磁輻射理論，我們得知一個輻射體用多極展開後，主要的輻射項為 電偶極矩(electric dipole moment)的部分。利用量子力學的費米黃金定則(Fermi’s Golden Rule)來描述這種量子態與電磁場的交互作用行為，並計算出躍遷電偶極矩 速率(transition dipole rate)。為了簡化計算的複雜度，我們並不將電磁場進行量子 化，而是採用古典的電磁學理論來建構有機發光二極體之光學模型，因此所有計 算只適用在光子能量( )遠離分子能階差(energy level gap)的情況。

一般而言，有機發光元件中激子的大小遠小於發光波長，因此激子放光的機 制可用電動力學中的電偶極矩(electric dipole)來近似，我們將上述量子力學中描述 發光的躍遷電偶極矩在巨觀上之行為用古典電磁學的電偶極矩來取代。我們運用 這個假設，以古典電磁學計算元件受光學效應影響所產生的光學特性變化，實際 處理的問題便簡化成計算震盪電偶極矩在層狀結構下，以電磁波的形式將能量釋 放到各平面波模態的功率分布，因此本實驗室光學模型處理此問題的步驟如下：

(1) 從古典在介質中的電磁模型 Maxwell equation，處理振盪電偶極矩在介質中輻 射的情形。

(2) 利用轉置矩陣方法將發光層上下所有薄膜的折射率及厚度建構為層狀結構，

利用每層介面上的邊界條件(boundary condition)，推導出各層的電磁場及能量 分布。

7

(3) 因為振動能階的存在，單一有機分子的發光頻譜並非由單一頻率所組成。因此 我們同時要考慮不同頻率下的結果，將電偶極矩對發光頻譜做加權平均，得到 一個電偶極矩在有機發光元件中某位置之特性。

(4) 考慮到元件實際的放光時，並非只由單一電偶極矩產生，因此我們必須同時將 多個發光體納入理論計算。將所有電偶極矩在空間及方向上的分佈，做加權平 均後可得到整個有機發光二極體元件之總體電磁場行為。

經過光學模型之計算，我們可以得知各層的能量分布，並統一成一種形式：

0

( ^s( ) ^p( ))

j j t j t t

P P k P k dk (2.2.1)

其中_{kt kx}² _ky² 為波動在 x-y 平面上的傳播常數，P k_j^s( )_t 、P k_j^p( )_t 分別表示第 j 層 與第j+1 層材料間的介面之 s 及 p 極化譜密度(power density)。

為了能夠快速且直觀地算出被限制於各層材料的能量，協助我們判斷元件之光 學 結 構 特 性 。 首 先 ， 一 個 會 在 介 質 中 傳 遞 的 電 磁 場 是 指 其 能 量 可 以 傳 播 出 去而並不隨距離增加而遞減，從數學上而言，即k 為實數(場正比ei k x k y k z^{( x y z )} )，

若沿任一方向是以指數函數遞減，則表示此電磁場在這個介質不會傳遞。現在我 們考慮整個元件結構，同一電磁場傳遞至各層之

k

k

k

k_{z j}²_, ² _{0 j} k_x² k²_y n k^{2 2}_{j 0} k_t² (2.2.2)

k

n

2

, 2

2 0 z j

j

k n

k ，則

2 2

2 0

0

j t

n k

k 。在一般典型有機發光元件結構下，從譜密度上來看 0

0

1 kt

k 的區域大致可視為能從發光層一路出到空氣中的能量(空氣的

n

而

0

1 k^t _substrate

k n 的區域則可視為能夠出到基板但卻無法出到空氣中的能量，

substrate

n

模態(radiation mode)、基板模態(substrate mode)、波導模態(waveguiding mode)及

表面電漿模態(plasmapolariton mode, SPP)。

(1) 輻射模態指的是可從元件直接輻射出到空氣中的能量，為譜密度上 0

0

1 kt

k

的區域。

(2) 基板模態是指能量可穿出有機層，但傳播至基板時卻會在基板與空氣的介面 因全反射而被反射回基板，而這部分能量就被困在基板裡無法傳至空氣，為

譜密度上

0

1 k^t _substrate

k n 的區域(若只用玻璃基板則

n

~ 1.52

(3) 波導模態指的是無法出到基板只能被限制在元件內部傳遞的能量，為在譜密

度上的

0 substrate t eml

n k n

k ^區域，

n

(4) 表面電漿模態的起因則是來自於金屬表面自由電子密度受到 TM 極化電磁波 影響而形成集體縱波震盪，在介電材料和金屬介面允許一種沿著介面傳遞卻 無法沿垂直方向傳遞之模態，且考慮透明元件陰極為有限厚度的金屬薄板 時，金屬與兩邊介電物質之介面上皆有其表面電漿模態，當薄板厚度縮小至 奈米尺度，會使金屬薄板兩邊之表面電漿電磁場產生交互作用。除此之外，

發光層到金屬間的距離不到半個波長，電磁波的能量容易耦合至金屬，是造 成元件能量損失的主要來源(不同於波導模態，而是以熱的方式損失)。在譜密

度上，一般而言視為波導模態後的部分(

0 eml t

n k

k ^)。

根據上面所述，我們可以計算出各種模態所占全部輻射能量之比例。而其中經由

9

計算元件上下方所發出的輻射模態，我們可以有效地推測出透明有機發光二極體 元件的外部量子效率。

2.2.3 透明元件穿透度模擬原理

要模擬元件的穿透度，我們必須得知進入元件的光與最後穿出元件的光之比 例。因此，必須計算出經過每層材料改變的電磁場，如圖 2-2 所示。

E E

/

A

/

H H

cos sin

1 sin cos

B

A B B

AB

A B B

B

E i E E

i M

H H H (2.2.3)

其中 ² _{N zB B}，N_B為B 材料折射率，

z

B 0

NB 。由此類推，最後可得最上層與最下層介面的電磁場關係：

^A _{AB BC}... ^{N N}

N N

A

E E

E M M M

H H

H (2.2.4) 而為了得到穿透率，由式(2.2.4)，我們求出E_{N 1}與E_A的關係：

1 1 1

1 1 1

2 2 2 2 2 2

1 1 1

2 2 2 2 2 2

A A A

N N

A A

N N

A A A A

A N

E E E E

M M E

H

E H (2.2.5)

其中，E_A為最上層介面傳播方向向下的電場，E_A為最上層介面傳播方向向上的電

場，E_{N 1}為最後穿出元件的傳播方向向下之電場， _A ⁰

NA ^，N^A為最外層材料之 折射率。

最後可得知元件結構的穿透率

2

1 2 1 1

Re Re

Re Re

N N N

A A A

N N E

T N N E

反射率

2 A A

R E

E (2.2.6) 由於基板厚度遠大於波長數倍，可不計光干涉效應的影響，算出基板對元件的穿 透率後，即可推得有機發光二極體之總穿透率。

2.2.4 光學模型輸入與輸出

依據上述所建立的光學模型，輸入的參數包括：

(1) 光學層狀結構：各層薄膜的厚度與折射率( n(λ) , k(λ) )。

(2) 電偶極矩分佈：包含位置分佈、方向性分佈以及頻譜分佈。

(3) 發光材料層的光致發光量子效率和光致發光頻譜。

輸出的部分包括：

(1) 各角度的發光頻譜及相對強度。

(2) 各平面波模態的功率分佈。

(3) 輻射模態、基板模態、波導模態、表面電漿模態的比例。

(4) 透明元件的穿透率及反射率。

2.3 透明有機發光二極體模擬參數

我們模擬所使用的透明元件結構為 Glass / Anode / TAPC / CBP: 8wt%

Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM / LiF (0.5 nm) / Al (1 nm) /Ag / NPB。各層材料 之折射率n( )及消光係數k( )皆由橢圓偏光儀量測而得，如圖 2-3 和圖 2-4 所 示。除了材料折射率與消光係數之外，電偶極矩的分佈也會影響元件的光學特 性，包含位置分佈、指向性分佈以及波長分佈。就位置分佈而言，電子電洞的複

11

合區設於發光層 CBP:Ir(ppy)2(acac)的中間位置。就方向性分佈而言，可以從變角 度P 極化光激發光方法量測出發光材料之電偶極矩方向性分佈，如圖 2-5 所示，並 將水平電偶極矩的比例代入計算，可得Ir(ppy)2(acac)在 CBP 中之水平方向比例約 為76%。就波長分佈而言，CBP:Ir(ppy)2(acac)的光致發光頻譜如圖 2-6，電偶極矩 必須對頻譜做加權平均。

模擬所使用的陽極種類有兩種：商用 ITO (commercial ITO)以及 PEDOT:PSS 導電高分子，後面章節會就兩種電極所構成不同條件下之透明元件討論與分析。

第二章圖表

圖2 - 1

k k k , ,

圖2 - 2 元件穿透反射示意圖

Material 1 Material 2 Material 3

…

EA

EA

1

EN

N, N

E H

B, B

E H

c, c

E H

A, A

E H

13

圖2 - 3 各層材料折射率n( )

400 500 600 700 800

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2

Re fr ac tive I n d ex

Wavelength (nm)

TAPC

CBP:Ir(ppy)₂(acac) B3PYMPM LiF NPB

400 500 600 700 800 900

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Re fr ac tive I n d ex

Wavelength (nm)

Al Ag

圖2 - 4 各層材料消光係數k( )

圖2 - 5 發光材料 Ir(ppy)2(acac)之變角度 p 極化光激發光強度之模擬與實驗圖

400 500 600 700 800 900

0 2 4 6 8 10

E xt inc tion Co ef ficie n t

Wavelength (nm)

TAPC LiF

NPB CBP:Ir(ppy)₂(acac) Al B3PYMPM

Ag

0 20 40 60 80

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Experimental data Simulation :

= 67% isotropic = 76%

= 100%

No rm aliz ed In ten sity ( a.u .)

Angle (degree)

15

圖2 - 6 發光層 CBP:Ir(ppy)2(acac)的光致發光頻譜

400 450 500 550 600 650 700

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

No rma li ze d Ph o to lumin es ce n ce

Wavelength (nm)

第三章 氧化銦錫陽極之透明元件

3.1 前言

本章節使用氧化銦錫作為透明有機發光二極體元件之陽極，利用光學模擬預 測元件的出光效率與穿透度，並對其做相對應的探討與分析。

3.2 氧化銦錫陽極透明元件模擬與分析

我們模擬的透明有機發光元件結構3A 為 Glass / ITO (y nm) / HATCN (5 nm) / TAPC(60 nm) / CBP: 8wt% Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM (50nm) / LiF (0.6 nm) /Al (1 nm) /Ag (x nm) /NPB(70 nm)。ITO 陽極與電洞注入層的折射率與消光係數 如圖 3-1 所示，電洞傳輸層、電子傳輸層及覆蓋層的厚度則是依據光學而選擇較 佳的參數。在此結構下，變化 ITO 陽極模擬的厚度為 10 奈米至 150 奈米，間隔 為10 奈米，銀陰極厚度為 6 奈米至 20 奈米，間隔為 2 奈米。元件出光效率模擬 結果如圖3-2 至 3-4 所示。由圖 3-2 及 3-3 我們可以看出陰極的厚度會影響上下發 光的比例，銀的厚度越厚，會使得光無法從上方的透明陰極出來，而被金屬反射回 下方的透明陽極，造成上方出光效率降低，下方出光效率提升。由圖3-4 可以看到 元件的總和效率，並不會受到陰極厚度太大的影響，這是因為陰極厚度是改變上 下出光的比例，但能出到元件外的光，主要是受到透明陽極厚度影響，考慮元件 的微共振腔效應，在ITO 厚度為 70 至 80 奈米間，其總體出光效率最佳。

穿透度模擬方面，我們將結構3A 中的 ITO 厚度固定在出光效率最高的 80 奈 米，銀厚度設為 6 奈米至 20 奈米，每 2 奈米一個間隔，以及將銀厚度固定為 16 奈米，ITO 厚度設為 20 奈米至 140 奈米，間隔為 20 奈米，將其穿透度對波長作 圖，模擬結果如圖 3-5 所示。由圖 3-5 的上圖可以看出，銀厚度增加時會使得整 體穿透度下降，這是由於銀的吸收及反射會隨厚度上升而增強，而使得整體的穿透

17

量因為吸收而下降。此外，由圖3-5 的下圖我們可以觀察到，穿透度最高點會隨著 ITO 的厚度而有偏移的現象，這是由於考慮透明元件整體的厚度及折射率差異後，

當 ITO 光學厚度約為光波長四分之一時，所造成之微共振腔效應會使得此波長的 光反射最低、穿出元件的量為最大值。因此，為了使可見光波段區域的整體透明 度提升，我們可以將元件的ITO 陽極厚度調整在 60 奈米至 80 奈米間。

3.3 總結

本章藉由光學模擬探討 ITO 陽極與銀陰極的厚度變化，觀察其對透明有機發 光元件的電特性以及穿透度之影響。藉由降低銀陰極的厚度，我們可以提升透明 元件整體的穿透度，而改變 ITO 陽極的厚度則可以使得透明元件在總和外部量子 效率不大幅變動的情況下，來調整穿透度頻譜的峰值位置。這些現象可以看出 透明電極是影響透明有機發光元件特性的重要因素。此章除了更了解現今常用的 ITO 透明元件的基本特性之外，也對我們在接下來的章節所要探討不同陽極之 透明有機發光元件結構設計有所幫助。

第三章圖表

圖3 - 1 陽極 ITO 與電洞注入層 HATCN 之折射率與消光係數

圖3 - 2 模擬透明元件結構 3A 之上出光效率

400 450 500 550 600 650 700

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4

ITO_n

HATCN_n

Re fr ac tive I n d ex

Wavelength (nm)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

E xt inc tion Co ef ficie n t

ITO_k HATCN_k

6.74%

5.89%

7.59%

8.44%

5.04%

5.04%

9.29%

4.19%

4.19%

6 8 10 12 14 16 18 20

20 40 60 80 100 120 140

Thickness of Ag (nm)

T h ic k n e s s o f I T O ( n m )

(6,80) 10.1%

19

圖3 - 3 模擬透明元件結構 3A 之下出光效率

圖3 - 4 模擬透明元件結構 3A 之總出光效率

20.5%

21.2%

21.8%

22.5%

22.5%

21.8%

21.2%

20.5%

19.8%

19.2% 18.5%

19.8%

6 8 10 12 14 16 18 20

20 40 60 80 100 120 140

T h ic k n e s s o f I T O ( n m )

Thickness of Ag (nm)

(6,80) 23.1%

圖3 - 5 模擬透明元件結構 3A 之穿透度

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

Thickness of ITO is 80nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

Ag_6nm Ag_8nm Ag_10nm Ag_12nm Ag_14nm Ag_16nm Ag_18nm Ag_20nm

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

Thickness of Ag is 16nm.

T ra n smit ta n ce ( n m)

Wavelength (nm)

ITO_20 ITO_40 ITO_60 ITO_80 ITO_100 ITO_120 ITO_140

21

第四章 導電高分子陽極之透明元件

4.1 前言

本章節使用導電高分子 PEDOT:PSS 作為透明有機發光二極體元件之陽極與 電洞注入層，利用光學模擬預測透明元件的出光效率與穿透度。實作出透明元件 後，將實驗結果與模擬比對，並對其做相對應的探討與分析。

4.2 導電高分子陽極透明元件模擬與分析

我們使用的陽極材料ph1000 為高導電 PEDOT:PSS，電洞注入層 ch8000 為低 導電 PEDOT:PSS，圖 4-1 為兩者的折射率與消光係數。首先，為了找出元件最佳 出光效率點，模擬的透明元件結構4A 為 Glass / PEDOT:PSS (70 nm) /TAPC (y nm) / CBP: 8wt% Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM (x nm) / LiF (0.5 nm) /Al (1 nm) /Ag (16 nm) /NPB(70 nm)，HTL 與 ETL 的厚度皆由 10 奈米至 120 奈米，間隔為 10 奈米，效率模擬結果如圖 4-2 至 4-4 所示。由圖 4-2 可以看出元件的上出光效 率主要受到靠近陰極的 ETL 厚度影響，效率會隨著 ETL 厚度增加而上升，這是 由於當發光電偶極矩的位置離金屬越遠，被吸收的能量就越小，使得效率增加。

而從圖4-3 我們可以得知下出光效率也是受到 ETL 厚度的影響較大。大約在 ETL 厚度為 50 奈米時，下出光效率最高，這是由於此時 ETL 的光學厚度所造成的反 射最強，使得反射回下方透明陽極的光增加。將上下出光效率疊加起來為圖 4-4 所示的總和效率，可以看出效率除了受到 ETL 厚度影響之外，HTL 厚度也會有 些許的影響，這是由於 PEDOT:PSS 的折射率與玻璃基板相近，因此我們會將其 視為是基板的一部分，如要使出光上升，HTL 的厚度在很薄的時候可以使光耦合 進PEDOT:PSS 與基板的量為最大值，這說明了為何 PEDOT:PSS 元件模擬總和效 率最高的點位於ETL 厚度 50 奈米、HTL 厚度 10 奈米處。

穿透度模擬方面，我們將元件結構 4A 中的 ETL 厚度固定在出光效率最高的

50 奈米，HTL 厚度為 20 奈米至 120 奈米，每 20 奈米一個間隔，以及將 HTL 厚 度固定為 20 奈米，ETL 厚度設為 10 奈米至 110 奈米，間隔為 20 奈米，將其穿 透度對波長作圖，模擬結果如圖 4-5 所示。由兩張圖可以觀察到，穿透度的最高 值會隨著 HTL 與 ETL 厚度而位移，這是由於當材料光學厚度不同，光波因干涉 而使穿透度有最大值之光波長也會不同。但考慮到要讓元件有較佳的出光效率，

我們將接下來模擬的透明元件HTL 與 ETL 厚度分別設為 20 奈米與 50 奈米。

為了瞭解導電高分子陽極與薄金屬陰極對透明元件的影響，我們模擬了透明 元件 4B，其結構為 Glass / PEDOT:PSS (y nm) / TAPC (20 nm) / CBP: 8wt%

Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM (50 nm) / LiF (0.5 nm) / Al (1 nm) / Ag (x nm) / NPB(70 nm)，PEDOT:PSS 厚度為 40 奈米至 120 奈米，間隔為 10 奈米，銀陰極厚 度為 6 奈米至 20 奈米，間隔為 2 奈米。效率模擬結果如圖 4-6 至 4-8 所示。

從這三張圖中可以觀察出效率主要受到銀電極厚度的影響，當銀厚度越厚時，上 方會因為吸收增強而使得出光減少，下方則是因反射回陽極的光增多而使效率增 加。陽極方面則是由於 PEDOT:PSS 折射率與玻璃基板相當接近，在光學上大致 可將陽極視為基板的一小部份，因此其厚度的變化對於能夠耦合至基板及元件外 的出光量影響不大。

穿透度模擬方面，我們將元件結構4B 中的 PEDOT:PSS 厚度固定在出光效率 較高的70 奈米，Ag 厚度設為 6 奈米至 20 奈米，每 2 奈米一個間隔，以及將 Ag 厚度固定為16 奈米，PEDOT:PSS 厚度設為 40 奈米至 120 奈米，每 10 奈米為一 個間隔，將其穿透度對波長作圖，模擬結果如圖4-9 所示。從圖 4-9 上圖中我們可 以看到隨著銀厚度增加而使穿透度降低，這也是由於銀厚度增加而吸收會加強的 緣故。而圖4-9 下圖可以看到不論 PEDOT:PSS 的厚度為多少，元件穿透度都是幾 乎一致的，這也是由於 PEDOT:PSS 的折射率與玻璃基板相近，因此我們會將其 視為是基板的一部分，而因為 PEDOT:PSS 厚度不論如何調整，加上玻璃基板厚 度後都遠大於光波長，因此可忽略干涉的影響，穿透度不會受到 PEDOT:PSS 厚

23

度改變而有顯著的變化。

4.3 導電高分子陽極透明元件實驗 4.3.1 實驗與量測方法

在製作導電高分子陽極透明有機發光二極體時，我們必須將位於覆蓋層(capping layer)下方的陰極以及底層的陽極延伸至元件區域外。當量測元件特性時，電流才 得以從外部注入元件，因此需要額外定義電極圖案，其實驗步驟如圖4-10 所示。

製程步驟：

1. 利用曝光顯影使正光阻得以在玻璃基板上定義出陽極的位置。

2. 將 PEDOT:PSS 以旋轉塗佈的方式沉積在基板及光阻表面，以攝氏 130 度烤乾 後，泡入丙酮震洗掉光阻，使光阻帶走不需要的 PEDOT:PSS，在玻璃基板上 留下位於陽極區域的導電高分子。

3. 使用熱蒸鍍的方式依序將透明元件的各層材料成長至 PEDOT:PSS 陽極上。

4. 在成長薄金屬陰極時，以金屬遮罩(shadow mask)來決定其圖形及位置。

量測方法：

1. 將已製作完成之透明元件，輸入不同的操作電壓，量測其相對應的注入電流、

光電流與電激發光頻譜。經過計算後，可得知元件之外部量子效率。

2. 最後使用 Ultraviolet–visible spectroscopy 儀器來量測元件的穿透度頻譜。

4.3.2 實驗結果與討論

欲探討PEDOT:PSS 陽極以及薄金屬陰極結構厚度變化對透明有機發光元件的 實際影響，我們製作三個透明元件4C、4D 與 4E，其 PEDOT:PSS 厚度分別為 70 nm、100nm 與 70 nm，銀的厚度為 16 nm、16 nm 與 24 nm，元件結構為 Glass / PEDOT:PSS / TAPC(20 nm) / CBP: 8wt% Ir(ppy)2(acac) (20 nm) / B3PYMPM (50nm) /LiF (0.6 nm) /Al (1 nm) /Ag /NPB(70 nm)，如圖 4-11 所示，4C 與 4D 是觀察不同

PEDOT:PSS 厚度對透明元件特性的影響，而 4C 與 4E 是要了解不同厚度的銀陰極 對透明元件特性的影響。圖 4-12 為上述元件之電流對電壓特性圖，三個元件皆 大約在 2.4 伏特附近會導通，但沒導通前有漏電流，推測可能為定義 PEDOT:PSS 電極圖案時的製程容易使電極表面不平整，或是環境有髒汙所造成。圖4-13 為元 件下發光的外部量子效率圖，4C 與 4E 的效率較好，最高效率在 15%至 16%左右。

圖 4-14 為元件上發光的外部量子效率圖，因 4E 的銀陰極較厚的緣故，上出光效 率較另外兩個元件低。圖4-15 為元件的電致發光頻譜，表 4-1 分別整理三個元件 的模擬與實驗效率的對照，圖4-16 為元件的模擬與實驗穿透頻譜圖。

根據這些實驗數據，我們可以觀察到元件的特性大致與模擬相符。在元件效 率方面，除了元件 4D 外，其餘兩個元件的外部量子效率與模擬結果相去不遠，

而元件4D 表現較差的原因，推測可能為利用旋轉塗佈方式成長 PEDOT:PSS 薄膜 時，因為其所需的厚度較厚，轉速較慢而導致表面不均勻，因而在之後浸泡在丙 酮震洗光阻的步驟中，使得其表面高低差情況更加惡化，也可能連帶地使得上方有 機層的堆疊受到影響，所以當光穿過不平整的PEDOT:PSS 時，會被粗糙的表面漫 射或消耗掉，造成下發光部分能量的損失，所以才會有不符合前述模擬 4C 和 4D 元件，不同厚度的導電高分子陽極會有相同效率的情況。而 4C 與 4E 的特性比 較，則是與模擬的趨勢一致，可以看到實際上銀厚度增加時，會使得上發光效率降 低，下發光效率上升，但總和效率並不會相差太多。在穿透度方面，從頻譜上可 以看出元件的穿透率與模擬幾乎吻合，在長波長部分有較高的穿透度，最高穿透 度可達 60%，而 4D 的穿透度略低於 4C，推測是由於厚度較厚的 PEDOT:PSS 表 面不平整所導致。

25

4.4 總結

在本章中，我們深入探討導電高分子陽極的透明元件的效率與穿透度變化。

我們先以光學模擬的方式分析電洞傳輸層與電子傳輸層的厚度變化對透明元件的 影響，找出出光效率較佳的結構，接著分別分析了導電高分子陽極與銀陰極厚度 變化對透明元件的影響。在實驗方面，我們比較了不同厚度的導電高分子陽極與 銀陰極元件的效率與穿透度頻譜，並發現出光效率和模擬有部分的差異，陽極厚 度較厚的元件和模擬結果差距較大，但改變陰極厚度對總出光效率影響不大，只 影響上下出光比例。總結來說，導電高分子陽極的透明元件之效率與氧化銦錫陽 極的透明元件相近，且微共振腔效應較弱，使得穿透度頻譜較寬，因此透明元件 在沒點亮不會呈現明顯的特定顏色，整體而言在綠光至紅光範圍有高達 60%左右 的穿透度。除此之外，導電高分子陽極透明元件的成本較低廉，製程簡單，因此 跟現今常見的氧化銦錫陽極之透明元件相比之下仍有優勢。

第四章圖表

圖4 - 1 陽極 ph1000 與電洞注入層 ch8000 之折射率與消光係數

圖4 - 2 模擬透明元件結構 4A 之上出光效率

400 450 500 550 600 650 700

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

E xt inc tion Co ef ficie n t

Re fr ac tive I n d ex

Wavelength (nm)

ph1000_n ch8000_n

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

ph1000_k ch8000_k

1.84%

2.38%

2.92%

3.46%

4.00%

4.54%

5.08%

20 40 60 80 100 120

20 40 60 80 100 120

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(120,10) 5.6%

27

圖4 - 3 模擬透明元件結構 4A 之下出光效率

圖4 - 4 模擬透明元件結構 4A 之總出光效率

4.84%

6.53%

8.21%

9.90%

11.6%

13.3%

15.0%

15.0%

13.3%

11.6%

9.90%

8.21%

6.53%

4.84%

20 40 60 80 100 120

20 40 60 80 100 120

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(50,10) 16.6%

6.69%

8.88%

11.1%

13.3%

15.4%

17.6%

19.8%

19.8%

17.6%

15.4%

13.3%

11.1%

20 40 60 80 100 120

20 40 60 80 100 120

Thickness of ETL (nm)

T h ic k n e s s o f H T L ( n m )

(50,10) 21.8%

圖4 - 5 模擬透明元件結構 4A 之穿透度

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

The thickness of ETL is 50nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

HTL_20 nm HTL_40 nm HTL_60 nm HTL_80 nm HTL_100 nm HTL_120 nm

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

The thickness of HTL is 20nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

ETL_10 nm ETL_30 nm ETL_50 nm ETL_70 nm ETL_90 nm ETL_110 nm

29 7.89%

7.35%

6.80%

6.25%

5.70%

5.15%

4.61%

6 8 10 12 14 16 18 20

40 50 60 70 80 90 100 110 120

Thickness of Ag (nm)

T h ic kn es s o f P E D O T :P S S ( n m )

圖 4 - 6 模擬透明元件結構 4B 之上出光效率

14.6%

14.9%

15.3%

15.7%

16.1%

16.5%

16.9%

6 8 10 12 14 16 18 20

40 50 60 70 80 90 100 110 120

Thickness of Ag (nm)

Thickness of PEDOT:PSS (nm)

圖4 - 7 模擬透明元件結構 4B 之下出光效率

圖4 - 8 模擬透明元件結構 4B 之總出光效率

22.5%

22.3%

22.1%

21.9%

21.8%

21.6%

21.4%

6 8 10 12 14 16 18 20

40 50 60 70 80 90 100 110 120

Thickness of Ag (nm)

T h ic k n e s s o f P E D O T :P S S ( n m )

31

圖4 - 9 模擬透明元件結構 4B 之穿透度

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

The thickness of PEDOT:PSS is 70nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

Ag_6 nm Ag_8 nm Ag_10 nm Ag_12 nm Ag_14 nm Ag_16 nm Ag_18 nm Ag_20 nm

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

The thickness of Ag is 16nm.

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

PEDOT_ 40nm PEDOT_ 50nm PEDOT_ 60nm PEDOT_ 70nm PEDOT_ 80nm PEDOT_ 90nm PEDOT_ 100nm PEDOT_ 110nm PEDOT_ 120nm

圖4 - 10 導電高分子陽極透明元件實驗流程圖

圖4 - 11 實驗透明元件 4C、4D、4E 結構圖

33

圖4 - 12 實驗透明元件 4C、4D、4E 的 I-V-L 圖

圖4 - 13 實驗透明元件 4C、4D、4E 的下發光效率-電流密度圖

0 2 4 6 8 10

10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10²

Cu rr en t De n sit y (mA /cm

2 )

Voltage (V)

4C 4D 4E

10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

Brightness (cd/m 2)

10^-2 10^-1 10⁰ 10¹

0 5 10 15 20

E xt er n al Qu an tu m Eff icie n cy ( %)

Current Density (mA/cm2)

4C bottom 4D bottom 4E bottom

10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 0

5 10 15 20

E x te rn a l Qu a n tu m Eff icie n c y ( %)

Current Density (mA/cm2)

4C top 4D top 4E top

圖4 - 14 實驗透明元件 4C、4D、4E 的上發光效率-電流密度圖

圖4 - 15 實驗透明元件的電致發光頻譜

400 450 500 550 600 650 700 750

0.0 0.5 1.0

Normalized Intensity(a.u.)

Wavelength (nm)

4C Bottom 4C Top

35

Simulation Out-coupling Experiment EQE

Device Bottom Top Total Bottom Top Total

4C 16.4% 5.1% 21.5% 15.7% 3.9% 19.6%

4D 16.4% 5.1% 21.5% 12.9% 4.2% 17.1%

4E 18.0% 3.3% 21.3% 16.2% 3.2% 19.4%

表4 - 1 實驗透明元件 4C、4D、4E 的模擬與實驗效率

圖4- 16 實驗透明元件 4C、4D、4E 的穿透頻譜圖

400 450 500 550 600 650 700

0 20 40 60 80 100

T ra n smit ta n ce ( %)

Wavelength (nm)

4C 4C_simulation 4D 4D_simulation 4E 4E_simulation