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研究生:林耀文
研究生(外文):Yao-Wen Lin
論文名稱:以極性非質子溶劑透過摻雜及熱處理提升PEDOT: PSS導電性應用於有機發光二極體之研究
論文名稱(外文):Enhanced conductivity of PEDOT: PSS electrode by doping and heat treatment with polar aprotic solvents for ITO-free organic light emitting diodes
指導教授:張美濙
指導教授(外文):Mei-Ying Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:光電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:PEDOT:PSS陽極導電高分子DMSOITO-freeConductivity
外文關鍵詞:ConductivityPEDOT:PSS anodeDMSOconductive polymerITO-free
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在近年研究中,PEDOT:PSS薄膜透過極性的有機溶劑摻雜,以及透過浸泡酸、有機溶劑與加熱等後處理方式,達到導電度提升的效果。這兩種不同架構下的處理方式分別都能使導電度提升二到三個數量級。而導電率大幅提升的原因在於PEDOT及PSS間的分子排列以及混合比例的數量變化,利用量測分析證實PEDOT:PSS導電率提升機制,得到穩定且高導電性的PEDOT:PSS 薄膜,在未來ITO-free有機元件有極大的優勢。
在本研究中使用極性非質子溶劑DMSO經不同摻雜濃度及熱處理兩種不同的方式分別對PEDOT:PSS溶液及薄膜進行摻雜及熱處理,成功的將導電度由未處理0.3 (S/cm)提升至718及1255 (S/cm)能有效的提升PEDOT:PSS薄膜導電性,最高達四個數量級,製程方式簡單、穩定、耗時短且窗口廣。後續對處理後的PEDOT:PSS薄膜進行UV-Vis、功函數、表面粗糙度等方面量測比較不同導電度之影響,並利用XPS及UV-vis光譜探討PEDOT:PSS薄膜導電度提升的機制,而後使用反應式離子蝕刻機(RIE) 對PEDOT:PSS薄膜進行圖形化處理,製程有機發光元件並探討PEDOT:PSS薄膜特性對元件效率的影響,最後成功製成磷光藍光OLED,熱處理及摻雜之PEDOT:PSS導電陽極元件在亮度為1000 cd/m2時電流效率為15.3 (cd/A) 與21.2 (cd/A),功率效率6.3 (lm/W)及6.7 (lm/W),EQE為7.5 (%)與9.8(%)。
In order to obtain an anode with flexibility and high conductivity, lots of groups try to enhance the conductivity of PEDOT:PSS with adding polar solvents─such as glycol, ethanol and using post-treatment by immersing acid and solvents. These results show that, by varying the arrangement and ratio between PEDOT and PSS, those two different ways are all can enhance the conductivity more than three orders. In recent years has been measured and confirmed.
In this research, we use the polar aprotic solvents to treat the PEDOT:PSS solution and film by heat treatment and doping. Through optimization of the parameters, we can effectively enhance the conductivity of PEDOT:PSS from 0.3 (S/cm) to 1200 (S/cm) and 700 (S/cm) by an easy, stable, fast and height adaptation method. Four orders of conductivity can be enhanced. The films with different treatment were investigated and compared with each other in the difference of optical conductivity, transmittance, work function, surface roughness, surface morphology, and stability. The films also use XPS and UV-vis absorption to analyze the conductivity enhancement mechanism. When the additive and heat-tratment PEDOT:PSS anode device at the luminance of 1000 cd/m2 , the performance of current efficiency are 15.3 (cd / A) and 21.2 (cd / A), power efficiency are 6.3 (lm / W) and 6.7 (lm / W) and EQE are 7.5 (%) and 9.8 (%).
目錄
中文審定書 i
論文公開授權書 ii
致謝 iii
中文摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1-1 現代顯示器 1
1-2 OLED簡介 3
1-3 導電高分子 4
1-3-1 發展過程 4
1-3-2 PEDOT:PSS簡介 6
1-3-3 PEDOT:PSS應用 7
第二章 理論基礎 9
2-1 OLED元件結構 9
2-2 OLED理論基礎 13
2-2-1 螢光及磷光 13
2-2-2 能量轉移 15
2-2-3 淬熄 18
2-2-4 光色定義 20
2-3 OLED發光原理 23
2-4 OLED效率定義 25
2-5 PEDOT:PSS導電機制 28
第三章 實驗 31
3-1 實驗動機 31
3-2 實驗架構 32
3-3 實驗材料 34
3-4 製程設備 37
3-5 量測分析 42
3-5-1 表面輪廓儀 42
3-5-2 片電阻量測 43
3-5-3 紫外光/可見光光譜儀 43
3-5-4 光電子光譜分析儀 45
3-5-5 原子力掃描探針顯微鏡 45
3-5-6 X光光電子能譜儀 48
3-5-7 拉曼光譜儀 49
3-5-8 OLED光電特性量測 49
3-6 藥品配製 50
3-6-1 PEDOT:PSS(PH1000)材料 50
3-6-2 PEDOT:PSS(PH1000)摻雜 50
3-7 實驗步驟 50
3-7-1 PEDOT:PSS薄膜製備及分析 50
3-7-2 ITO陽極基版圖形化 51
3-7-3 室溫Sputter ITO 52
3-7-4 PEDOT:PSS陽極圖形化 52
3-7-5 OLED元件製程 53
3-7-6 OLED元件量測 54
第四章 結果與討論 55
4-1 PEDOT:PSS導電薄膜光電特性分析 55
4-2 陽極薄膜光電特性比較 61
4-3 PEDOT:PS導電薄膜Life time量測 64
4-4 UV-vis吸收光譜分析 65
4-5 XPS能譜分析 66
4-6 Raman光譜分析 68
4-7 薄膜表面粗糙度及相位分析 69
4-8 元件光電特性分析 71
第五章 總結 77
參考文獻 79
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