臺灣博碩士論文加值系統

一般而言，白光OLED元件使用有機材料的物理特性施加電壓後發出RGB(紅、綠、藍)三原色的光混合而形成白光。然而不同顏色的有機材料生命週期不同，其中藍光材料週期最短且價格最貴。
　　因此本研究旨在探究一種單一色光有機發光材料形成的全頻譜白光，實驗採用有機材料Alq3的綠光波段材料，其發出非常漂亮的白光。此研究的結果成功解決上述之問題。
　　透過本實驗室先前表面電漿(SPR)在發光元件上的應用，利用其金屬-介電質-金屬(Metal-Dielectric-Metal, MDM)雙層表面電漿的結構特性調整內部光學模態的分佈可以使其發光範圍涵蓋整個可見光波段。再者，加入退火形成的奈米銀散射結構，使其在巨觀下呈現均勻混光圖像並形成全頻譜白光。
在MDM結構中加入退火形成的奈米銀結構有兩個優點：其一，只要妥善地控制其尺寸與散射之波長在同一個等級即可達到散射的效果；其二，若要得到表面電漿能量需要外加耦合機制，然而奈米銀結構為一種可以提供額外k_x值的耦合機制，能將原本非輻射型的表面電漿損耗轉成發光之效能。由此可見，奈米銀的特性可以一次達成混光及增加耦合機制的兩種目的。

In general, white OLED devices use physical properties of the organic materials and then apply voltage to generate RGB three primary colors of light, mixing those of light to generate white. However, different colors of organic materials have different lifetime, the blue materials have the shortest lifetime but most expensive.
The purpose of the present study, therefore, is to explore one of the homogeneous organic luminescent materials to form full spectrum white light. The organic material used in the experiment is Alq3 emitting green, it generates very beautiful white light. The outcomes of this study successfully solved the problem above.
By means of the previous application of SPR to light emitting devices, using its MDM double-layer SPR structure to adjust internal distribution of optical modes can make luminance range cover the whole visible spectrum. Also, it seemed like universal color mixing images at a macroscopic scale after adding the scattering structure of Ag-NPs by annealing process and therefore generating full-spectrum white light devices.
In MDM structure, there are two advantages of adding the structure of Ag-NPs by annealing process: First, it can achieve the scattering result as long as proper control of Ag-NPs size and wavelength of scattering at the same level; Second, if we would like to obtain the SPR energy, it needs additional coupling mechanism. However, the structure of Ag-NPs can be viewed as the coupling mechanism providing kx value to transform the non-radiating SPR loss into luminous efficacy. These show the properties of Ag-NPs can achieve two goals of color mixing and increase of the coupling effect.

指導教授推薦書
口試委員審定書
致謝 iii
摘要 v
Abstract vi
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xv
第一章 序論 1
1.1 表面電漿理論發展史 1
1.2 金屬-介電層-金屬結構的表面電漿特性及研究背景 3
1.3研究動機 5
1.4 論文架構 8
第二章 表面電漿基礎理論 8
2.1 體電漿頻率(plasma frequency) 8
2.2 自由載子模型 9
2.3 色散關係 12
2.3.1 波動光學剖析材料介面之特性 13
2.3.2 由 Brewster's angle 推演至色散關係 20
2.4 表面電漿波特性與其激發方式 21
2.4.2 表面電漿之激發方式 22
2.5 金屬/介電層/金屬之雙層面表面電漿耦合型結構介紹 26
第三章 實驗流程規劃、模擬與儀器操作原理 30
3.1 實驗流程規劃 30
3.2 數值模擬 33
3.3 MDM 結構樣品製程 34
3.4 實驗儀器與操作原理 38
3.4.1 反射率量測 38
3.4.2 旋轉平台 39
3.4.3 光激螢光量測系統 40
第四章 實驗數據分析 43
4.1 數值模擬 43
4.2 樣品設計 49
4.3 變角度全波段反射率量測 50
4.4 變角度光激螢光頻譜量測 53
4.5 外接高折射率半圓柱稜鏡的變角度光激螢光量測 56
4.6 數據處理 60
4.6.1 立體角加權法 60
4.6.2 數值混光 63
4.7 實際混光 65
4.7.1 混光結構-奈米銀 65
4.7.1 混光全結構 69
第五章 結論與未來工作 76
參考文獻 78

圖目錄
圖1-(a) 英國坎特伯雷大教堂彩繪玻璃 2
圖1-(b) 德國的赫塞豪恩修道院教堂彩色玻璃窗 2
圖1-2 一般白光LED燈炮之光譜 5
圖1-3 OLED照明始於2015的市場趨勢分析 6
圖2-1金屬內電荷震盪示意圖。 9
圖2-2 在Drude Model下金屬之介電係數隨頻率之變化關係圖 13
圖2-3(b) TM偏振之電磁波由折射率n1介質入射至折射率n2介質。 16
圖2-4 TM波由n1介質忽略反射波且完全穿透至n2介質示意圖 19
圖2-5 金屬表面電漿色散關係圖 22
圖2-6 光柵偶合原理示意圖 24
圖2-7 光柵偶合激發表面電漿色散曲線圖 24
圖2-8 稜鏡偶合原理示意圖 25
圖2-9 金屬表面電漿之色散曲線圖 26
圖2-10任意粗造化形狀結構 27
圖2-11 雙層表面電漿模擬計算示意圖 30
圖2-12 MDM結構耦合之色散關係圖 30
圖3-1 熱蒸鍍機腔體 37
圖3-2 傳遞箱及手套箱 37
圖3-3 Alq3的分子結構圖及光譜圖 38
圖3-4 LAMBDA 35 UV/Vis Systems 39
圖3-5 變角度PL實驗架設於旋轉平台示意圖 40
圖3-6螢光原理示意圖 41
圖3-7 光激螢光量測系統之光路架設示意圖 42
圖3-8 光激螢光量測系統之光路架設圖 42
圖4-1 改變有機發光層厚度之無窮厚金屬的模擬 44
圖4-2 模擬入射光從n=5的介質入射結構為[Ag(25nm)-Alq3(70nm，n=1.7)-Ag(200nm)]的樣品 45
圖4-3 模擬從入射光n=5的介質入射結構為[Ag(25nm)-Alq3(110nm，n=1.7)-Ag(200nm)]的樣品 46
圖4-4 模擬入射光從n=5的介質入射結構為[Ag(25nm)-Alq3(140nm，n=1.7)-Ag(200nm)]的樣品 47
圖4-5 結構參數為Ag/Alq3(140nm)/Ag之色散曲線解析解模擬 48
圖4-6 樣品各層膜厚示意圖 51
圖4-7 入射光未偏振之變角度全波段反射率量測 51
圖4-8 入射光TM偏振之變角度全波段反射率量測 52
圖4-9 入射光TE偏振之變角度全波段反射率量測 52
圖4-10 光激螢光頻譜量測與照片 54
圖4-11 MDM結構- PL-TM頻譜量測與照片 55
圖4-12 MDM結構PL-TE頻譜量測與照片 56
圖4-13 外接稜鏡之光激螢光頻譜量測示意圖 57
圖4-14 外接稜鏡之光激螢光頻譜量測與照片 58
圖4-15 外加稜鏡之光激螢光(TM)頻譜量測與照片 59
圖4-16 外加稜鏡之光激螢光(TE)頻譜量測與照片 59
圖4-17 立體角估算示意圖 61
圖4-18 立體角加權之光激螢光頻譜 62
圖4-19 外接稜鏡與立體角加權之光激螢光頻譜 63
圖4-20 立體角加權之光激螢光頻譜疊加 64
圖4-21 外接稜鏡與立體角加權之光激螢光頻譜疊加 65
圖4-22 奈米銀俯視圖 66
圖4-23 奈米銀45度側視圖 66
圖4-24 奈米銀剖面圖 67
圖4-25 影像分析程式示意圖 67
圖4-26 奈米銀尺寸統計分布圖 68
圖4-27 半球型結構示意圖 69
圖4-28 半球形結構提供的kx值與r之關係圖 70
圖4-29 加入混光結構之MDM 樣品示意圖 71
圖4-30(a) MDM cross section SEM Image 71
圖4-30(b) AgNP-MDM cross section SEM Image 72
圖4-31 變角度全波段反射率量測 72
圖4-32 入射光TM偏振之變角度全波段反射率量測 73
圖4-33 入射光TE偏振之變角度全波段反射率量測 73
圖4-34 AgNP-MDM結構- PL-頻譜量測與照片 74
圖4-35 AgNP-MDM結構- PL-TM頻譜量測 75
圖4-36 AgNP-MDM結構- PL-TE頻譜量測 75

表目錄
表 1-1 OLED RGB 三原色材料生命週期之比較 7

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