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1、有機發(fā)光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)材料系統(tǒng)簡介,Reporter：陳俊榮 Adviser：郭艷光 博士 Date：2004/04/06,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,2,Outline,Introduction OLED元件結(jié)構(gòu)簡介 OLED元件材料介紹 待續(xù),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,3,Introduction,Pope博士的研究小組於1963年，首先在偏壓400 V以上的蒽單晶(Anthracene)觀察到電激發(fā)光(EL)的現(xiàn)象。 1987年美國Kodak公司Tang等人利用熱蒸
2、鍍方式將Alq和HTM-2製作成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的OLED，並具有低驅(qū)動電壓和高量子效率的特性，為一大突破。 1990年英國劍橋大學Burroughws的研究小組發(fā)表以共軛高分子材料PPV(Poly p-phenylene vinylene)為發(fā)光層的OLED元件。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,4,OLED元件結(jié)構(gòu)簡介,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,5,1987年兩層型構(gòu)造之OLED結(jié)構(gòu)圖,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,6,傳統(tǒng)式分子OLED之有機層和上下電極所構(gòu)成元件基本結(jié)構(gòu),電子傳輸層(ETL)：TPD有機材料
3、發(fā)光層(EML)：Alq2(Blue)和Alq3(Green) 電洞傳輸層(HTL)：TAZ有機材料 陰極：低功函數(shù)的金屬和合金(Mg-Ag、Li-Al) 陽極：薄而透明半導體性質(zhì)的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,7,單層型有機EL元件結(jié)構(gòu),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,8,雙層型A、B有機EL元件結(jié)構(gòu),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,9,參層型A、B有機EL元件結(jié)構(gòu),載體塊：Carrier Block,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊
4、榮,10,OLED元件材料介紹,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,11,OLED各層材料,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,12,電洞傳輸層材料(HTL),電洞傳輸層材料發(fā)展重點： (1)提高熱穩(wěn)定性 (2)降低電洞傳輸層與陽極(ITO)間界面的位能差。 主要材料：芳香族胺基化合物為最多。 非晶體狀態(tài)薄膜的安定性是影響有機EL元件之電性可靠度的因素之一。(成長均勻緻密的非晶體薄膜) 非晶體薄膜的安定性與玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)有直接關(guān)係，元件在操作情形下，溫度升高影響元件壽命和材料的玻璃轉(zhuǎn)移溫度特性。 理想有機EL元件所用之有機化合物應有如下條件：
5、(1)電洞移動率高(2)電化學安定性(3)離子化位能(IP)小(4)電子親合力(EF)小(5)玻璃轉(zhuǎn)移溫度高(6)真空蒸著性好(7)薄膜成形優(yōu)等。 電極界面接觸不良和薄膜之不均勻?qū)⒁痱?qū)動電壓上升和發(fā)光亮度下降。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,13,有機化合物之玻璃轉(zhuǎn)移溫度Tg,在高分子材料中，有幾個相變化非常重要(1)玻璃轉(zhuǎn)移 (glass transition)，(2)結(jié)晶(crystallization)，(3)熔解(melting)。 玻璃轉(zhuǎn)移溫度的探討觀點： (1)結(jié)構(gòu)觀點：材料由熔溶態(tài)降溫的過程，由於降溫太快或材料本身不夠規(guī)整而無法使部份甚至全部的原子排
6、列成三度空間的有序結(jié)構(gòu)。則材料由流體轉(zhuǎn)變成部份非晶質(zhì)甚至完全非晶質(zhì)的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)。這個過程即稱為玻璃轉(zhuǎn)移。反之由玻璃態(tài)加溫至玻璃轉(zhuǎn)移溫度，材料亦會轉(zhuǎn)變成橡膠態(tài)。 (2)分子運動觀點：其實在上面的分子運動介紹時即已提到。玻璃態(tài)與橡膠態(tài)的分子運動差異主要是玻璃態(tài)時分子運動的規(guī)模較小。通常數(shù)個原子一起運動(一方面是因為溫度低另一方面是自由體積小)。相反的橡膠態(tài)的分子運動規(guī)模大多了。通常數(shù)十個原子、數(shù)個分子鏈一起動。 (3)物性的觀點：由於在玻璃轉(zhuǎn)移前後的結(jié)構(gòu)與分子運動均有相當大的差異，因此物性上亦有很大的差異。例如玻璃態(tài)的運動過程，只有非常局部的結(jié)構(gòu)有變化。因此機械強度沒有太大的變化。呈現(xiàn)出硬而脆的物
7、性。而橡膠態(tài)的運動過程，結(jié)構(gòu)變化的範圍較大。於是可大量變形而呈現(xiàn)出軟而韌的物性。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,14,電洞傳輸層與發(fā)光層所形成典型的二層型元件結(jié)構(gòu),電洞傳輸層的基本要求：ITO陽極的費米準位和電洞傳輸層之最高占有分子軌道(HOMO)準位之間電位差值要小，以利於電洞的注入。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,15,電洞傳輸層材料(HTL),有機薄膜構(gòu)造的變化是元件特性的致命因素。 薄膜構(gòu)造的變化與Tg值的高低有關(guān)並影響其結(jié)晶。 發(fā)光層的Alq3其Tg為170C，電洞傳輸層之TPD的Tg為60 C(TPD有高的電洞移動率，但Tg太
8、低而元件壽命短)。 以TPD為基本架構(gòu)而形成星狀結(jié)構(gòu)之高分子m-MTDATA，其Tg值為75C，若分子構(gòu)造更進一步增大，可能提高為100C以上。 最近報導顯示利用2個Spiro結(jié)合TPD構(gòu)造其Tg可高達140C的Spiro-TPD新化合物。 另有研究人員表示使TPD進行多量化聚合反應而形成多量化TPD可使Tg提升至145C(五量體TPD)，考量成膜性，四量體TPD(TPTE)的特性較佳且Tg為130 C。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,16,一般電洞傳輸層有機材料(1),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,17,一般電洞傳輸層有機材料(2),2
9、004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,18,一般電洞傳輸層有機材料(3),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,19,一般電洞傳輸層有機材料(4),2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,20,電洞傳輸層材料特性探討,有機EL元件的壽命與電洞傳輸層材料的Tg值有直接的關(guān)係。 若發(fā)光層為Alq3，電洞傳輸層分別為TPD與a-NPD，則使用壽命以Tg值高的a-NPD較長。 改良結(jié)構(gòu)：在電洞傳輸層和ITO層間插入耐熱性及安定性高的Cu-Phthalocyanines (CuPc)有機層，則元件的壽命均有所改善。 材料改良：以萘基(Naphthy
10、l, G10H7)為末端基之TPTE可使Tg值達到147 C而有較長之壽命。,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,21,在高電流驅(qū)動下，以TPD、a-NPD和TPTE所構(gòu)成三種不同元件的亮度變化關(guān)係,2004/04/06,國立彰化師範大學藍光實驗室 陳俊榮,22,電洞傳輸層的離子化位能(Ionization Potential, IP)對元件特性之影響,IP值低的有機材料可以得到較高的電洞移動率。 電洞傳輸層的IP值小則與ITO費米準位(Fermi Level)的差值較小，使電洞易於傳輸。 ITO的功函數(shù)約為4.55.0 eV，而代表性的電洞傳輸材料之IP值約為5.4 eV。 低IP值材料：m-MTDATA、四量體TPTE及CuPu等。 良好的電洞傳輸層材料特性(1)高Tg值 (2)高電子親和性 (3)低IP值。,待續(xù),
有機發(fā)光二極管材料系統(tǒng)簡介
