可撓性全彩有機發光二極體

技術學刊 第二十四卷 第四期 民國九十八年

257 Journal of Technology, Vol. 24, No. 4, pp. 257-260 (2009)

可撓性全彩有機發光二極體

袁知賢

¹

¹

²

¹

¹

1國立臺灣科技大學電子工程研究所/ ²工程技術研究所

摘 要

有機發光二極體具有高效率、廣視角及自發光之特性，在顯示科技應用上 具極高發展潛力，隨著元件製作技術的進步，把元件製作於可撓性基板上，將 可廣泛應用於日常生活中。本文以三種磷光有機發光材料 Ir(pq)2

(red)

(green)

N

(RGB)

良效率。

關鍵詞：可撓性，磷光，有機發光二極體。

FLEXIBLE FULL-COLOR ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICES

Chih-Shien Yuan

Yu-Ting Chung

Yu-Jui Huang

Wei-Cheng Su

Chih-Chien Lee

1

Graduate Institute of Electronic Engineering /

Graduate Institute of Engineering National Taiwan University of Science and Technology

Taipei, Taiwan 10617, R.O.C.

Key Words: flexible, phosphorescent, OLED.

ABSTRACT

In this work, we demonstrate flexible organic light-emitting devices (OLEDs) based on the phosphorescent emitters iridium(III) bis(2- phenylquinolyl-N, C2

), iridium(III) cyclome- talated fac-tris(2-phenylpyridine) (Ir(ppy)

), and iridium (III) bis[(4,6-di- fluoropheny) -pyridinato-N,C]picolinate (Firpic) deposited in host material 3,5-bis(9-carbazolyl)tetraphenylsilane (SimCp) by the solution process reacting with indium tin oxide coated polyethylene terephthalate (PET) substrates. Introducing Si

N

and SiO

multi-layers as passivation layers, the devices show high flexibility and preserve high current efficiency exceeding 20 cd/A while providing brightness of 100 cd/m

.

一、前 言

有機電子元件由於低成本，製程簡單，且容易製作大 面積元件等優點，近年來高度受到重視，特別是有機發光 二極體元件 (Organic Light-Emitting Devices, OLEDs)，具 有高效率、廣視角、低耗功率以及自發光之特性，使其在 顯示科技應用和固態照明方面前景看好[1-3]。

新的有機發光材料以及結構不斷的被研發而提高其效 率，並得以應用於更多方面，像是以三重態的磷光材料取代 單重態的螢光材料[4]。本實驗將摻雜的發光材料摻入主發 光材料，以旋轉塗佈法塗佈有機混合發光層，簡化元件結構 並提升元件效率，最後以 Si3

N

258

Host Guest dopant

圖

1 Host (SimCP)

Guest (

)

300 400 500 600 700 800

10

10

10

Carrier mobility (cm

/Vs)

Electric field

(E)

SimCP (h)

(e)

Simcp

Si

N N

圖

2 SimCP

Time-of-flight

二、發光原理與機制

本元件將主體材料混合高發光效率的摻雜材料做為 發光層[6]，當施加電壓提供能量，可使電子與電洞分別克 服界面位障後傳遞至發光層中，產生電子-電洞對 (exciton, 激子)，藉由適當的能階設計 (如圖 1 所示)，產生在主體材 料上的激子將有很高的機率將能量傳遞至摻雜物中，再藉 由放光的電子激態衰退機制完成此光電轉換，因此電子電 洞的結合機率對放光效率具有關鍵性的影響。

主體材料 SimCP [7]具備雙載子傳輸特性，同時擁有很 高的電子與電洞的遷移率，如圖 2 所示為 Time-of-flight 量 測的結果，以此材料作為發光層，電子與電洞的再結合機 率大幅的提升，進而使發光效率增加。

使用高發光效率的摻雜物 (如圖 3 所示) 做為主要發 光材料是近來增進 OLED 發光效率極重要的方式。

其中磷光材料因具有對稱的三重態電子自旋偶合特 性使其具有較長的生命期，且由電激發的機率較高，內部

F

O O

Ir N

F

2

2 3

N O Ir

O Ir N N F

F

Ir(pq)

Firpic Ir(ppy)

圖

3

Interna1 conversion Intersystem

crossing

10 ps

1-10 ns

> 100 ns Density of available

S and T states on surrounding molecules

Energy

S: spin = 0 (singlet) states T: spin = 1 (triplet) states

S

T

S

Jablonski diagram

Phosphore scence

Fluorescence

Absorption

Energy transfer

圖

4

[9-11]

Spin P.R. Bake sample UV Expose

Flexible ITO substrate Wet etching Develop

圖

5

量子效率甚至可達到 100% [8] (如圖 4 所示)，使得引入磷 光發光材料的元件具有很高的發光效率。

三、元件製作

在元件的製作方面，大略分為兩個階段：

1.

以黃光微影製程技術，流程如圖 5 所示，將已蒸鍍 ITO 的 PET 基板以旋轉塗佈機塗佈上光阻，再以曝光機曝光，

轉移光罩上的圖形定義電路。之後將基板浸入顯影液將未 受曝光的光阻去除，再以濕式蝕刻法，將基板浸入蝕刻液 內，最後經過清洗程序即完成基板的製作。

袁知賢、鍾育廷、黃昱瑞、蘇韋丞和李志堅：可撓性全彩有機發光二極體

259

Flexible ITO pattern/PET

Prepared the R, G, and B solutions for spin processes

Deposited the solution on the ITO substrate

Demo EL properties and measurement B-I-V

Thin-film encapsulation (Si3N4/SiO2/Si3N4)

Transferred to evaporator at N2 glove box

圖

6

(a)

(b) (c)

圖

7

RGB

2.

有機發光元件的製作流程如圖 6 所示，以微量天平精 確量測各材料所需份量，加入溶劑，並均勻攪拌混合。為 確保有機層材料品質及製程穩定，塗佈製程在手套箱內進 行，其內部環境的水氣及氧氣值極低，且提供高潔淨度，

減少微粒附著污染之影響。

以旋轉塗佈機將有機層材料塗佈於 ITO 基板，再以真 空熱蒸鍍機在真空值 2×10⁻⁶

torr

最後以電子束蒸鍍機沉積 Si3

N

四、成 果

圖 7 所示為製作完成的 RGB 可撓性元件實際在大氣 中操作的情形，將可撓性元件貼附在試藥瓶表面，元件處 在彎折狀態下仍可持續操作發光，顯示出有機發光層及元 件結構可承受撓曲的狀態。

在元件結構上，此主體材料具有雙載子傳輸特性，預 期電子與電洞在主發光層內之再結合區域將會較寬廣且分 佈中心將會位於中間，因此可減少激子靠近電極的淬熄效

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ir(bq)

(Red color) Ir(ppy)

(Green color) Firpic (Blue color)

Emission efficiency (cd/A)

Current density (A/cm

)

0 1000 2000 3000 4000

0 5 10 15 20 25 30

Ir(bq)

(Red color) Ir(ppy)

(Green color) Firpic (Blue color)

Power efficiency (lm/W)

Luminance (cd/m

) (b)

(a)

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

圖

8 RGB

應，進而增加放光的效率，使用磷光發光材料作為混合摻 雜材料，並以玻璃基板作為測試製作此元件時，效率在亮 度 100 cd/m²下可提升至 20 cd/A，如圖 8 所示分別為三種 顏色的元件電流效率及功率效率。

此外，此結構僅須選擇混合不同的發光材料，即可簡 單的改變其元件的發光顏色，同時仍可以達到優良的效 率，如圖 9 所示，其為三種不同材料發光的 CIE 座標圖以 及 EL 放光頻譜。

因封裝製程對於 OLED 的壽命及有機層的保護具有極 重要的影響，為達到高水氧阻隔效果且同時保持元件的可 撓曲特性，最後是以蒸鍍製程沉積 Si3

N

五、結 論

在本實驗中製作的 OLED 元件是以雙載子傳輸材料為

260

400 450 500 550 600 650 700 750

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

@ 10 mA/cm

(PR650 measurement)

EL intensity (a.u.)

Wavelength (nm) 0.0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

460 nm 480 nm

CIE 10 nm spacing NTSC

Blue Green Red

470 nm 490 nm

Y

X

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Ir(pq)

Ir(ppy)

Firpic

圖

9

CIE

EL

發光層主體，並引入高發光效率的磷光材料，最後以 Si3

N

及 SiO2多層複合封裝製作。將此元件應用在軟性基板上，

不但擁有高度的可撓曲性，也同時展現極佳的發光效率，

由於結構設計簡單而且以溶液塗佈製程製作，改變混合之 摻雜發光材料即可得到全彩化需求的紅、藍、綠三原色，

可顯示出未來此可撓曲元件在顯示科技以及固態照明上具 有極佳的應用潛力。

參考文獻

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