臺灣博碩士論文加值系統

本研究討論一高效之橘紅光有機發光二極體元件，元件所使用之電洞注入層為poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-poly-(styrenesulfonate)，電洞傳輸層為di-[4-(N,N-ditolyl-amino) -phenyl]cyclohexane，第一發光層為4,4,4-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA) 摻雜3 wt%的tris(2-phenylquinoline)Iridium(III) (Ir(2-phq)3)，第二發光層為1,3,5-tris(N-phenyl-benzimidazol-2-yl)benzene (TPBi)摻雜3 wt%的 (Ir(2-phq)3)，電子傳輸層為4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen)，電子傳輸層為TPBi，當第一發光層的厚度為8 nm，而第二發光層的厚度為17 nm時，元件能量效率在100 cd/m2 達到47.2 lm/W，而在1000 cd/m2時達到31.7 lm/W，其高效率的原因為：(1)階梯式的元件設計可以降低載子之注入能障；(2)使用一高電洞傳輸性之主體TCTA搭配一電子傳輸性之主體TPBi，讓載子在發光層中可以達到平衡的狀態；(3)TCTA/TPBi的介面具有電洞注入能障及電子注入能障，能侷限激子在主體上產生，使得元件在100 cd/m2下具有20.3%的外部量子效率，達到20%的理論上限。

目錄
摘要 I
致謝 II
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
壹、緒論 1
貳、文獻回顧 4
2-1 有機發光二極體的歷史發展 4
2-2 發光原理 17
2-3能量傳遞機制 25
2-4出光效率 28
2-5 有機發光二極體材料之發展 30
2-5-1 陽極材料 30
2-5-2電洞注入材料 31
2-5-3 電洞傳輸材料 32
2-5-4 電子傳輸材料 33
2-5-5 電子注入材料 35
2-5-6 陰極材料 35
2-6、高效率橘、紅光OLED 元件之發展 37
參、實驗方法 39
3-1、材料 39
3-1-1 有機材料之化學式與簡稱一覽 40
3-2 元件設計及製備 43
3-2-1 元件電路設計 43
3-2-2 基材清洗 44
3-2-3 蒸鍍源之製備 44
3-2-4 蒸鍍裝置 45
3-2-5 蒸鍍速率之測定 45
3-2-6 有機層之製備 47
3-2-7 負電極之製備 47
3-3 發光效率之量測與計算 48
肆、結果與討論 50
4-1 單層混合發光層之橘紅光元件 50
4-1-1 元件能階結構 50
4-1-2 元件之電流密度-電壓關係 51
4-1-3 元件亮度-電壓關係 52
4-1-3 元件發光效率比較 53
4-2 雙層發光層之橘紅光元件 57
4-2-1 元件能階結構 57
4-2-2 元件之電流密度-電壓關係 58
4-2-3元件亮度-電壓關係 59
4-2-4元件發光效率比較 61
4-3雙發層元件與混合發光層元件之比較 64
4-3-1 元件之電流密度-電壓關係 64
4-3-1 元件之亮度-電壓關係 65
4-3-2元件發光效率比較 66
4-3-3 元件各效能比較 69
伍、結論 70
陸、參考文獻 71
附錄、個人著作目錄 79
(A) 期刊論文 79
(B) 研討會論文 80
(C) 專利 81

陸、參考文獻
1. C. W. Tang and S. A. Vanslyke, Appl. Phys. Lett. 51 (12), 913 (1987).
2. J. Kido, M. Kimura and K. Nagai, Science 267 (5202), 1332 (1995).
3. S. R. Forrest, Nature 428 (6986), 911 (2004).
4. B. W. D'Andrade and S. R. Forrest, Adv. Mater. 16 (18), 1585 (2004).
5. F. So, J. Kido and P. Burrows, Mater. Bull. 33 (7), 663 (2008).
6. S. Reineke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lüssem and K. Leo, Nature 459 (7244), 234 (2009).
7. M. A. Baldo, D. F. O'Brien, Y. You, A. Shoustikov, S. Sibley, M. E. Thompson and S. R. Forrest, Nature 395 (6698), 151 (1998).
8. J. H. Jou, M. C. Sun, H. H. Chou and C. H. Li, Appl. Phys. Lett. 87 (4), 043508 (2005).
9. J. H. Jou, P. H. Chiang, Y. P. Lin, C. Y. Chang and C. L. Lai, Appl. Phys. Lett. 91 (4), 043504 (2007).
10. V. Bulovic, V. B. Khalfin, G. Gu, P. E. Burrows, D. Z. Garbuzov and S. R. Forrest, Phys. Rev. B 58 (7), 3730 (1998).
11. Y. Sun and S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 100 (7), 073106 (2006).
12. Y. Sun and S. R. Forrest, Nat. Photonics 2 (8), 483 (2008).
13. W. H. Koo, S. M. Jeong, F. Araoka, K. Ishikawa, S. Nishimura, T. Toyooka and H. Takezoe, Nat. Photonics 4 (4), 222 (2010).
14. D. Tanaka, H. Sasabe, Y. J. Li, S. J. Su, T. Takeda and J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys. 46 (1-3), L10 (2007).
15. S. Watanabe, N. Ide and J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys. 46 (3A), 1186 (2007).
16. S. J. Su, E. Gonmori, H. Sasabe and J. Kido, Adv. Mater. 20 (21), 4189 (2008).
17. S. J. Su, Y. Takahashi, T. Chiba, T. Takeda and J. Kido, Adv. Funct. Mater. 19 (8), 1260 (2009).
18. C. H. Wu, P. I. Shih, C. F. Shu and Y. Chi, Appl. Phys. Lett. 92 (23), 233303 (2008).
19. C. H. Chien, F. M. Hsu, C. F. Shu and Y. Chi, Organic Electronics 10 (5), 871 (2009).
20. J. H. Jou, S. M. Shen, S. H. Chen, M. H. Wu, W. B. Wang, H. C. Wang, C. R. Lin, Y. C. Chou, P. H. Wu and J. J. Shyue, Appl. Phys. Lett. 96 (14), 143306 (2010).
21. W. S. Jeon, T. J. Park, S. Y. Kim, R. Pode, J. Jang and J. H. Kwon, Organic Electronics 10 (2), 240 (2009).
22. H. Fukagawa, K. Watanabe, T. Tsuzuki and S. Tokito, Appl. Phys. Lett. 93 (13), 133312 (2008).
23. M. T. Lee, J. S. Lin, M. T. Chu and M. R. Tseng, Appl. Phys. Lett. 94 (8), 083506 (2009).
24. G. F. He, M. Pfeiffer, K. Leo, M. Hofmann, J. Birnstock, R. Pudzich and J. Salbeck, Appl. Phys. Lett. 85 (17), 3911 (2004).
25. A. Bernanose, M. Comte and P. Vouaux, J. Chim. Phys.-Chim. Biol. 50 (1), 64 (1953).
26. H. P. K. P. Pope, and P. J. Magnante, Chem. Phys. 38, 2042 (1963).
27. W. Helfrich and Schneide.Wg, Phys. Rev. Lett. 14 (7), 229 (1965).
28. W. Helfrich and Schneide.Wg, J. Chem. Phys. 44 (8), 2902 (1966).
29. P. S. Vincett, W. A. Barlow, R. A. Hann and G. G. Roberts, Thin Solid Films 94 (2), 171 (1982).
30. C. Adachi, T. Tsutsui and S. Saito, Appl. Phys. Lett. 55 (15), 1489 (1989).
31. C. Adachi, T. Tsutsui and S. Saito, Appl. Phys. Lett. 57 (6), 531 (1990).
32. C. W. Tang, S. A. Vanslyke and C. H. Chen, J. Appl. Phys. 65 (9), 3610 (1989).
33. J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns and A. B. Holmes, Nature 347 (6293), 539 (1990).
34. G. Gustafsson, Y. Cao, G. M. Treacy, F. Klavetter, N. Colaneri and A. J. Heeger, Nature 357 (6378), 477 (1992).
35. J. Kido, M. Kohda, K. Okuyama and K. Nagai, Appl. Phys. Lett. 61 (7), 761 (1992).
36. Y. Shirota, Y. Kuwabara, H. Inada, T. Wakimoto, H. Nakada, Y. Yonemoto, S. Kawami and K. Imai, Appl. Phys. Lett. 65 (7), 807 (1994).
37. S. Tokito, K. Noda and Y. Taga, J. Phys. D-Appl. Phys. 29 (11), 2750 (1996).
38. L. S. Hung, C. W. Tang and M. G. Mason, Appl. Phys. Lett. 70 (2), 152 (1997).
39. C. Adachi, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 90 (10), 5048 (2001).
40. J. Blochwitz, M. Pfeiffer, T. Fritz and K. Leo, Appl. Phys. Lett. 73 (6), 729 (1998).
41. J. Kido and T. Matsumoto, Appl. Phys. Lett. 73 (20), 2866 (1998).
42. J. S. Huang, M. Pfeiffer, A. Werner, J. Blochwitz, K. Leo and S. Y. Liu, Appl. Phys. Lett. 80 (1), 139 (2002).
43. Y. Shao and Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 86 (7), 073510 (2005).
44. J. H. Jou, Y. S. Chiu, C. P. Wang, R. Y. Wang and C. Hu, Appl. Phys. Lett. 88 (19), 193501 (2006).
45. W. D. Gill, J. Appl. Phys. 43 (12), 5033 (1972).
46. U. Wolf, V. I. Arkhipov and H. Bassler, Phys. Rev. B 59 (11), 7507 (1999).
47. Murgatro.Pn, J. Phys. D-Appl. Phys. 3 (10), 1488 (1970).
48. L. G. Thompson and S. E. Webber, J. Phys. Chem. 76 (2), 221 (1972).
49. T. Förster, Ann. Phys. 55, 55 (1948).
50. D. L. Dexter, J. Chem. Phys. 21 (5), 836 (1953).
51. C. D. Williams, R. O. Robles, M. Zhang, S. Li, R. H. Baughman and A. A. Zakhidov, Appl. Phys. Lett. 93 (18), 183506 (2008).
52. D. H. Zhang, K. Ryu, X. L. Liu, E. Polikarpov, J. Ly, M. E. Tompson and C. W. Zhou, Nano Letters 6 (9), 1880 (2006).
53. M. G. Mason, L. S. Hung, C. W. Tang, S. T. Lee, K. W. Wong and M. Wang, J. Appl. Phys. 86 (3), 1688 (1999).
54. C. C. Wu, C. I. Wu, J. C. Sturm and A. Kahn, Appl. Phys. Lett. 70 (11), 1348 (1997).
55. C. Adachi, K. Nagai and N. Tamoto, Appl. Phys. Lett. 66 (20), 2679 (1995).
56. S. A. VanSlyke, C. H. Chen and C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 69 (15), 2160 (1996).
57. Y. Cao, G. Yu, C. Zhang, R. Menon and A. J. Heeger, Synth. Met. 87 (2), 171 (1997).
58. A. Elschner, F. Bruder, H. W. Heuer, F. Jonas, A. Karbach, S. Kirchmeyer and S. Thurm, Synth. Met. 111, 139 (2000).
59. C. C. Chang, M. T. Hsieh, J. F. Chen, S. W. Hwang and C. H. Chen, Appl. Phys. Lett. 89 (25), 253504 (2006).
60. D. D. Zhang, J. Feng, H. Wang, Y. Bai, Q. D. Chen, S. Y. Liu and H. B. Sun, Appl. Phys. Lett. 95 (26), 263303 (2009).
61. D. S. Leem, H. D. Park, J. W. Kang, J. H. Lee, J. W. Kim and J. J. Kim, Appl. Phys. Lett. 91 (1), 011113 (2007).
62. S. H. Eom, Y. Zheng, E. Wrzesniewski, J. Lee, N. Chopra, F. So and J. G. Xue, Organic Electronics 10 (4), 686 (2009).
63. 陳金鑫 黃孝文, OLED有機電激發光材料與元件 (2005).
64. Y. Shirota, M. Kinoshita, T. Noda, K. Okumoto and T. Ohara, J. Am. Chem. Soc. 122 (44), 11021 (2000).
65. Y. Shirota, K. Okumoto and H. Inada, Synth. Met. 111, 387 (2000).
66. J. Y. Li, D. Liu, Y. Q. Li, C. S. Lee, H. L. Kwong and S. T. Lee, Chem. Mater. 17 (5), 1208 (2005).
67. Q. X. Tong, S. L. Lai, M. Y. Chan, K. H. Lai, J. X. Tang, H. L. Kwong, C. S. Lee and S. T. Lee, Chem. Mater. 19 (24), 5851 (2007).
68. C. H. Chen, J. Shi and C. W. Tang, Patent No. EP825804-A; US5645948-A; EP825804-A2; JP10092578-A; EP825804-B1; DE69710135-E; JP3992794-B2 (EP825804-A US5645948-A 08 Jul 1997 H05B-033/20 199733).
69. S. Naka, H. Okada, H. Onnagawa and T. Tsutsui, Appl. Phys. Lett. 76 (2), 197 (2000).
70. B. W. D'Andrade, S. R. Forrest and A. B. Chwang, Appl. Phys. Lett. 83 (19), 3858 (2003).
71. H. Sasabe, E. Gonmori, T. Chiba, Y. J. Li, D. Tanaka, S. J. Su, T. Takeda, Y. J. Pu, K. I. Nakayama and J. Kido, Chem. Mater. 20 (19), 5951 (2008).
72. S. J. Su, T. Chiba, T. Takeda and J. Kido, Adv. Mater. 20 (11), 2125 (2008).
73. T. Wakimoto, Y. Fukuda, K. Nagayama, A. Yokoi, H. Nakada and M. Tsuchida, IEEE Trans. Electron Devices 44 (8), 1245 (1997).
74. C. Ganzorig, K. Suga and M. Fujihira, Mater. Sci. Eng. B-Solid State Mater. Adv. Technol. 85 (2-3), 140 (2001).
75. G. E. Jabbour, B. Kippelen, N. R. Armstrong and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 73 (9), 1185 (1998).
76. M. Stossel, J. Staudigel, F. Steuber, J. Blassing, J. Simmerer, A. Winnacker, H. Neuner, D. Metzdorf, H. H. Johannes and W. Kowalsky, Synth. Met. 111, 19 (2000).
77. E. I. Haskal, A. Curioni, P. F. Seidler and W. Andreoni, Appl. Phys. Lett. 71 (9), 1151 (1997).
78. C. Adachi, M. A. Baldo, S. R. Forrest, S. Lamansky, M. E. Thompson and R. C. Kwong, Appl. Phys. Lett. 78 (11), 1622 (2001).
79. A. Tsuboyama, H. Iwawaki, M. Furugori, T. Mukaide, J. Kamatani, S. Igawa, T. Moriyama, S. Miura, T. Takiguchi, S. Okada, M. Hoshino and K. Ueno, J. Am. Chem. Soc. 125 (42), 12971 (2003).
80. Y. J. Su, H. L. Huang, C. L. Li, C. H. Chien, Y. T. Tao, P. T. Chou, S. Datta and R. S. Liu, Adv. Mater. 15 (11), 884 (2003).
81. J. P. Duan, P. P. Sun and C. H. Cheng, Adv. Mater. 15 (3), 224 (2003).
82. Y. L. Tung, L. S. Chen, Y. Chi, P. T. Chou, Y. M. Cheng, E. Y. Li, G. H. Lee, C. F. Shu, T. I. Wu and A. J. Carty, Adv. Funct. Mater. 16 (12), 1615 (2006).
83. P. P. Sun, J. P. Duan, H. T. Shih and C. H. Cheng, Appl. Phys. Lett. 81 (5), 792 (2002).
84. J. F. Fang and D. G. Ma, Appl. Phys. Lett. 83 (19), 4041 (2003).
85. H. Xia, C. B. Zhang, X. D. Liu, S. Qiu, P. Lu, F. Z. Shen, J. Y. Zhang and Y. G. Ma, J. Phys. Chem. B 108 (10), 3185 (2004).
86. Y. L. Tung, S. W. Lee, Y. Chi, Y. T. Tao, C. H. Chien, Y. M. Cheng, P. T. Chou, S. M. Peng and C. S. Liu, J. Mater. Chem. 15 (4), 460 (2005).
87. X. Z. Jiang, A. K. Y. Jen, B. Carlson and L. R. Dalton, Appl. Phys. Lett. 80 (5), 713 (2002).