臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要分為兩部份，第一部分為銀奈米粒子(silver nanoparticles, Ag Nps)及金屬-有機發光層-金屬(metal-organic light-emitting layer-metal, MOM)結構應用於有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diodes, OLED)對於混光之影響;第二部分為探討標準元件與混光元件之漏電流機制。
實驗中銀薄膜以不同退火溫度形成Ag NPs，並製作成混光OLED元件;與標準元件相比較，Ag NPs能使不同視角之光色均勻混合，且Ag NPs結構有波浪狀結構之特性，能取出坐落於非輻射區之表面電漿能量。但是，元件在電性量測時皆產生嚴重漏電流，所以進一步分析Ag NPs結構與銀薄膜表面形貌，實驗結果顯示其表面粗糙度會明顯增加，由此推測是表面粗糙度增加而產生嚴重之漏電流; 而標準元件則是在沉積半透明銀薄膜陽極時，其表面會產生尖點而導致嚴重漏電流路徑。
從實驗結果得知，不同的退火溫度會明顯影響Ag NPs結構於元件之混光效果，而標準元件及混光元件的漏電流是由銀薄膜表面輪廓與粗糙度所影響。若能解決嚴重漏電流疑慮，未來有相當大潛力發展於顯示器或照明產業。

In this thesis, the study is divided into two parts. The first one is the effects of the silver nanoparticles (Ag NPs) and the metal-organic light-emitting layer-metal (MOM) structure on color mixing for Organic Light-Emitting Diodes (OLED). The second one investigates the leakage current mechanism of standard device and color mixing device.
In the experiment, the silver thin film forms Ag NPs at different annealing temperature, and to fabricate OLED devices. I compare the effects of color mixing between standard device and color mixing devices. The results show that the color mixing device can mix colors at different viewing angle uniformly, and the Ag NPs structures have properties of the corrugated structure, which can extract the surface plasmon energy from non-radiation region. However, both kinds of devices have suffered from serious leakage current. Further, the analysis of surface morphology of the Ag NPs structures, show the increasing surface roughness significantly from which I infer the main effect on generating leakage current. And, the standard device deposit silver thin film as semi-transparent anode, which surface generate the spike and that would be main route on leakage current.
From the results of experiment, the different annealing temperature significant influence the Ag NPs structures on the color mixed effect of the color mixing devices, and the leakage current of the standard device and the color mixing device are generating from surface profile of the silver thin film and the Ag NPs roughness. If the devices problems of the leakage current can be solved, it can be applied to the display and lighting market in the future.

指導教授推薦書
口試委員會審定書
致謝 iii
中文摘要 v
Abstract vi
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xv
第一章序論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 4
1-3論文架構 7
第二章基礎原理 8
2-1有機發光二極體發光原理 8
2-2有機發光二極體常用材料 10
2-2-1陽極材料 10
2-2-2電洞注入材料 11
2-2-3電洞傳輸材料 12
2-2-4電子傳輸材料 12
2-2-5電子注入材料 13
2-2-6陰極材料 13
2-3增加MOM元件於輻射區之出光耦合 14
第三章 實驗 18
3-1實驗簡介 18
3-2數值模擬 19
3-3玻璃基板與實驗材料之製備 21
3-3-1基板清洗 21
3-3-2實驗材料與元件結構能階圖 23
3-3-3銀奈米粒子及有機材料蒸鍍製程 24
3-4元件之量測與分析 27
3-5實驗設備 28
3-5-1物理氣相沉積儀(physical vapor deposition,PVD) 28
3-5-2表面輪廓儀(α-step) 29
3-5-3橢圓儀(Ellipsometer) 29
3-5-4掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM) 30
3-5-5原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM) 31
3-5-6低水氧手套箱(glove box) 32
第四章結果與討論 33
4-1數值模擬 33
4-2元件混光 35
4-3元件漏電流之探討 45
第五章結論與未來工作 57
參考文獻 62

圖目錄
圖 1-1 可撓性基板應用於 OLED 照明 3
圖 1-2 書桌檯燈及床頭燈 3
圖 1-3 BMW M4 GT 之車尾燈 3
圖 1-4 Cadillac 概念車款 Escala 儀表板及曲面車燈 3
圖 1-5 黑色曲線及其他顏色曲線分別為發光材料及不同有機層厚度
MOM 元件之 PL 光譜 6
圖 1-6 MOM 元件於有機層厚度為 140 nm 之色散曲線 6
圖 2-1 OLED 元件結構與能階示意圖 9
圖 2-2 電子電洞再結合後之能量分配與能階示意圖 10
圖 2-3 OLED 元件中光損耗模態所佔之比例 15
圖 3-1 實驗流程圖 19
圖 3-2 不同有機層厚度之色散曲線圖 20
圖 3-3 不同金屬厚度之反射率與波長變化關係 21
圖 3-4 發光材料 Alq3光譜圖 24
圖 3-5 元件結構與能階圖 24
圖 3-6 半透明陽極、有機材料及陰極之發光區設計 26
圖 3-7 銀奈米粒子 45 度側視圖 26
圖 3-8 銀奈米粒子剖面圖 26
圖 3-9 元件電性與光性量測裝置圖 27
圖 3-10 蒸鍍機腔體內部示意圖 28
圖 3-11 表面輪廓儀 29
圖 3-12 橢圓儀實驗裝置示意圖 30
圖 3-13 掃描式電子顯微鏡 JSM-7000F 30
圖 3-14 原子力顯微鏡 31
圖 3-15 低水氧手套箱 32
圖 4-1 不同有機層厚度之色散曲線圖 34
圖 4-2 不同金屬厚度之反射率與波長變化關係圖 35
圖 4-3 銀奈米粒子之 SEM 45 度側視圖 36
圖 4-4 銀奈米粒子之 SEM 剖面圖 37
圖 4-5 銀奈米粒子之 SEM 45 度側視圖(300°C/2hrs) 38
圖 4-6 銀奈米粒子之 SEM 剖面圖(300°C/2hrs) 38
圖 4-7 混光元件於不同視角之照片。照片由左至右分別為(a) 正向
(b) 45 度 (c) 70 度，照片內右上角為放大圖 39
圖 4-8 銀奈米粒子之 SEM 45 度側視圖(400°C/2hrs) 40
圖 4-9 銀奈米粒子之 SEM 剖面圖(400°C/2hrs) 40
圖 4-10 銀奈米粒子之 SEM 45 度側視圖(250°C/2hrs) 42
圖 4-11 銀奈米粒子之 SEM 剖面圖(250°C/2hrs) 42
圖 4-12 混光元件於不同視角之照片。照片由左至右分別為(a) 正向
(b) 45 度 (c) 70 度，照片內右上角為放大圖 43
圖 4-13 混光元件不同量測角度之光譜圖 43
圖 4-14 發光材料、標準元件及混光元件之光譜圖 44
圖 4-15 CIE uv 色度座標圖 44
圖 4-16 標準元件與混光元件 I-V 特性圖之比較 45
圖 4-17(a) 玻璃基板(1μm*1μm) (b) 玻璃基板(5μm*5μm)之 2D 表
面形貌 AFM 圖，插圖為 3D 表面形貌 AFM 圖 47
圖 4-18 (a) 銀奈米粒子於玻璃基板(1μm*1μm) (b) 銀奈米粒子於玻
璃基板(5μm*5μm)之 2D 表面形貌 AFM 圖，插圖為 3D 表面形貌 AFM
圖 48
圖 4-19(a) 銀奈米粒子與銀薄膜於玻璃基板(1μm*1μm) (b) 銀奈米粒
子與銀薄膜於玻璃基板(5μm*5μm)之 2D 表面形貌 AFM 圖，插圖為
3D 表面形貌圖 AFM 圖 49
圖 4-20(a) 矽基板(1μm*1μm) (b) 矽基板(5μm*5μm)之 2D 表面形
貌 AFM 圖，插圖為 3D 表面形貌圖 AFM 圖 50
圖 4-21(a) 銀薄膜於矽基板(1μm*1μm) (b) 銀薄膜於矽基板(5μm*5
μm)之 2D 表面形貌 AFM 圖，插圖為 3D 表面形貌圖 AFM 圖 51
圖 4-22(a) 銀薄膜於玻璃基板(1μm*1μm) (b) 銀薄膜於玻璃基板(5μ
m*5μm) 之 2D 表面形貌 AFM 圖，插圖為 3D 表面形貌圖 AFM 圖 52
圖 4-23 標準元件先量測 I-L-V 特性之 I-V 曲線圖 54
圖 4-24 標準元件先量測 I-V 特性之 I-V 曲線圖 54
圖 4-25 不同量測方法之 I-L-V 特性曲線圖 55
圖 4-26 不同量測方法之效率圖 56

表目錄
表一熱蒸鍍材料 23

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