臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在探討利用四甲基二矽氧烷(TMSO，C4H14OSi2)單體為原料以電漿化學氣相沉積法(PECVD)製備奈米碳-矽-氧鍍膜於聚碳酸酯樹脂(Polycarbonate；PC)基材及OLED元件上作為氣體阻障層。藉由控制不同載流氣體流量及鍍沉積時間施鍍條件，觀察鍍層的化學結構、微觀形貌及阻濕效能之影響，並應用於OLED進行壽命測試。
研究結果顯示，隨著載流氣體氬氣流量的增加，將可以載流更多的TMSO單體參與電漿聚合反應，使得成膜速率增加，微觀橫截面形貌差異不大，皆具有緻密的組織且無針孔的結構。鍍層中官能基為Si-C、Si-O、Si-CH3、Si-OH及飽和C-H，並成網狀交鏈鍵結。但載流氣體氬氣流量為5～10 sccm時沉積薄膜速率較慢的條件下，結構趨向非晶質緻密的一般玻璃結構。沉積鍍層後之PC基材水氣穿透率皆比PC 裸基材低，並顯示不同程度之阻水能力。鍍膜的阻水能力存在一個最佳值，相同厚度下，較低的載流氣體氣所對應較低成長速率的鍍膜有較高的阻水能力。提高沉積速率只是增加鍍層膜厚及減少成膜時間，對於阻水效果卻沒有提升，並且承擔薄膜受扭曲而破損的風險。研究中最低水氣穿透率為10.6 g/m2/day。在OLED元件上沉積鍍層進行動態方式的壽命測試，可得知此結果皆與水氣穿透測試結果趨勢相符，其中以載流氣體氬氣流量5 sccm，成膜時間120 min的成膜條件，獲得水氣穿透率10.6 g/m2/day為最佳結果。

In this study, TMSO (C4H14OSi2) is used as raw material to produce nano silicon-carbon-oxide coating on the PC polymer and OLED device by plasma polymerization technique to evaluate its possibility as gas-barrier layer. Process parameters were changed to reveal film chemical constitution, film microstructure, water vapor transmission rate (WVTR) on PC substrate, and durability of the coated OLED device under humid enivronment.
Experimental results show that Si-C, Si-O, Si-CH3, Si-OH and saturated C-H functional groups were found in the depoisted films with highly cross-linking amorphous structure. It is also microscopically featureless and pin-hole free. Film deposition rate is increased when the carrier gas Ar flow rate is increased, with however the films deposited at low Ar flow rate presents a denser glassy-like structure. WVTR of deposited films coated PC substrate show a lower value than bare PC substrate. Moisture transmission resistance of deposited film had a optimum value when the lower Ar flow rate correspond to the lower deposition rate under the some thickness. The increased deposition rate contributes only to a reduced deposition time, but ineffective to moisture transmission resistance with running the risk of substrate distortion and film flaking. The lowest moisture transmission resistance obtained in this study is 10.6 g/m2/day that appears to the film deposited at an Ar flow rate of 5 sccm for 120 min deposition. This corresponds to the highest durability of the coated OLED device.

總目錄
中文摘要...................................................i
英文摘要..................................................ii
總目錄....................................................iii
圖目錄....................................................iv
表目錄....................................................ix
第一章 前言................................................1
第二章 文獻回顧............................................6
2-1 有機發光二極體.....................................6
2-1.1 有機發光二極體之技術發展........................6
2-1.2 有機發光二極體之結構與機制......................8
2-1.3 有機發光材料之分類.............................18
2-1.4 有機發光二極體之優勢...........................19
2-2 水氣對有機發光二極體亮度影響......................21
2-2.1 有機發光二極體阻水技術之發展...................22
2-2.2 水氣對有機發光二極體亮度影響的機制.............23
2-2.3 阻水層製備種類與方法...........................25
2-3 電漿聚合原理......................................27
2-3.1 電漿之定義.....................................27
2-3.2 電漿生成原理...................................29
2-3.3 薄膜沉積機構...................................32
2-3-4 電漿化學氣相沉積法............................33
2-4 氣體穿透機制與原理................................36
第三章 實驗方法及步驟.....................................40
3-1 實驗設計與流程....................................40
3-2 實驗材料..........................................43
3-3 電漿聚合系統與沉積步驟............................47
3-4 分析儀器..........................................49
3-5 有機電激發光元件壽命量測模組設計與建置............51
3-5-1 穩壓器概述.....................................51
3-5-2 壽命量測模組零件設計與建置.....................59
第四章 結果與討論.........................................67
4-1 載流氣體氬氣流量對奈米碳-矽-氧保護膜之影響................................................67
4-1-1 對於鍍層官能基之影響...........................68
4-1-2 對於鍍層微觀形貌之影響.........................72
4-1-3 對於鍍層膜厚與時間之關係.......................75
4-1-4對於鍍層水氣透濕度之影響........................77
4-2 沉積時間對奈米碳-矽-氧鍍層之探討...................80
4-2-1 對於鍍層官能基之影響...........................81
4-2-2 對於鍍層微觀形貌之影響.........................85
4-2-3 對於鍍層沉積速率之影響.........................87
4-2-4 對於鍍層水氣透濕度之影響.......................88
4-3 有機電激發光元件壽命測試..........................91
第五章 結論...............................................94
誌謝......................................................95
參考文獻..................................................96
附錄資料.................................................100


圖目錄
圖1-1. OLED結構圖.........................................3
圖1-2. LCD結構圖..........................................4
圖2-2. OLED驅動原理圖.....................................9
圖2-3. OLED基本元件結構圖.................................9
圖2-4. 異質接面有機發光二極體之結構圖.....................10
圖2-5. 有機發光二極體各層鍍層完成沉積之3D結構圖及截面圖..11
圖2-6. 基本AMOLED畫素電路..............................13
圖2-7. 三種OLED全彩化結構示意圖.........................14
圖2-8. 傳統型與向上發光的結構圖...........................16
圖2-9. 可撓曲式OLED元件實體圖...........................18
圖2-10. OLED與PLED的結構圖..............................19
圖2-11. Barix TM複合膜製程..................................23
圖2-12. 白光OLED受水氣入侵前後比較圖....................24
圖2-13. OLED基本元件結構及封裝示意圖.....................25
圖2-14. 不同氣體壓力下所得之電漿中的氣體溫度和電子溫度....29
圖2-15. 輝光放電所使用的設備示意圖........................30
圖2-16. 鍍層沉積機制的說明圖..............................33
圖2-17. 典型之CVD裝置示意圖.............................34
圖2-18. 氣體穿透時之溶解擴散示意圖........................37
圖2-19. 氣體分子藉由鍍層空隙擴散的示意圖..................38
圖3-1. 電漿聚合奈米碳-矽-氧鍍層之實驗方法與流程圖..........41
圖3-2. 電漿聚合鍍層設備架構示意圖.........................42
圖3-3. OLED綠光簡單結構之電流密度與電壓變化圖............44
圖3-4. OLED綠光簡單結構之流明子與電壓變化圖..............45
圖3-5. OLED綠光簡單結構色度座標圖........................45
圖3-6. TMSO飽和瓶之示意圖...............................47
圖3-7. 脈衝直流波形示意圖.................................48
圖3-8. 紅外線光譜儀示意圖.................................49
圖3-9. LM7805 IC 穩壓器的實際應用電路圖...................52
圖3-10. LM317 IC 穩壓器的應用電路圖.......................53
圖3-11. LM317 IC 穩壓器架構電路圖.........................54
圖3-12. LM7815 IC穩壓器架構電路圖.........................55
圖3-13. LM317 IC穩壓器架構電路圖..........................55
圖3-14. LM337 IC 穩壓器架構電路圖.........................56
圖3-15. National LM317 data sheet範例圖.......................56
圖3-16. National LM317 data sheet運用被動元件架構範例圖.......57
圖3-17. 以LM317擔任恆流源示意圖..........................58
圖3-18. LM317 IC out與adj接腳示意圖........................58
圖3-19. 設計LM317/337穩壓IC常用幾種零件..................59
圖3-20. LM317電路圖......................................60
圖3-21. LM317 IC穩壓器使用零件............................61
圖3-22. 建置完成IC板......................................62
圖3-23. 設計電路之麵包板外觀圖............................63
圖3-24. 用於本實驗OLED壽命測試之LM317 IC穩壓器建立在麵包板之單一迴路電路圖................................64
圖3-25. 用於本實驗OLED建置麵包板上進行壽命測試的外觀....65
圖3-26. OLED建置在LM317 IC穩壓器模組組裝完成之麵包板並聯迴路之電路圖.........................................65
圖3-27. 電漿聚合奈米碳-矽-氧鍍層沉積在OLED元件 (a)建置於模組整體外觀；(b) OLED元件建置於麵包板上。..........66
圖4-1. 紅外線吸收光譜與載流氣體氬氣流量的關係圖...........69
圖4-2. 載流氣體氬氣流量在(a) 5 (b) 10 (c) 15 (d) 25 (e) 40 (f) 60 (g) 80 (h) 100 sccm下沉積奈米碳-矽-氧鍍層之SEM橫截面微觀形貌....................................74
圖4-3. (a) TMSO反應原料之分子結構示意圖，(b) 採用傳統的聚合方法所得之高分子結構示意圖以及 (c) 利用電漿聚合的方法所獲得的鍍層之分子結構示意圖......................75
圖4-4. 載流氣體氬氣流量與沉積奈米碳-矽-氧鍍層膜厚之關係................................................76
圖4-5. 載流氣體氬氣流量對奈米碳-矽-氧鍍層膜厚與水氣穿透率之關係................................................79
圖4-6. 條件A-8於PC基材沉積奈米碳-矽-氧鍍層之剝膜現象。(a)為A-8第96 h時鍍層破裂外觀；(b)為條件A-8第110h時取下PC觀察鍍層破裂外觀。..............................79
圖4-7. 紅外線吸收光譜與沉積時間的關係圖...................83
圖4-8. 條件B-1所得鍍層與玻璃之紅外線吸收光譜比較圖........84
圖4-9. 在載流氣體氬氣流量(a) 5 (b) 10 (c) 15 (d) 25 (e) 40 (f) 60 (g) 80 (h) 100 sccm下改變沉積速率沉積奈米碳-矽-氧鍍層之SEM橫截面微觀形貌.........................86
圖4-10. 沉積速率與載流氣體氬氣之關係......................87
圖4-11. 不同載流氣體氬氣流量對奈米碳-矽-氧鍍層水氣穿透率之關係圖..............................................89

表目錄
表1-1. 手機用途之主動式OLED與TFT LCD比較.................1
表1-2. LCD與OLED之對照....................................2
表2-1. 各種塑膠及玻璃基材特性比較圖........................17
表2-2. 有機EL顯示器尺寸與應用領域對照表...................20
表3-1. 電漿聚合鍍膜製程之參數..............................42
表4-1. 改變氬氣流量之製程參數表............................68
表4-2. FTIR相關鍵結整理總表................................71
表4-3. 載流氣體氬氣流量與奈米碳-矽-氧鍍層膜厚之關係........76
表4-4. 載流氣體氬氣流量比較奈米碳-矽-氧鍍層膜厚與水氣穿透率之關係................................................80
表4-5. 改變沉積速率之製程參數表............................81
表4-6. 比較奈米碳-矽-氧鍍層改變沉積速率所需時間............88
表4-7. 比較沉積奈米碳-矽-氧鍍層速率與水氣穿透率之關係......90
表4-8. 改變氬氣流量(5～100 sccm)電漿聚合奈米碳-矽-氧鍍層沉積在OLED元件上壽命測試結果............................92
表4-9. 相同膜厚(5 μm)，不同沉積速率下沉積所得鍍膜對OLED元件壽命之影響..........................................93

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