白光高分子電激發(fā)光元件結(jié)合彩色

1、白光高分子電激發(fā)光元件結(jié)合彩色光片之全彩化研究班級(jí)：化材三甲姓名：蘇彥誠(chéng)學(xué)號(hào)：49740015指導(dǎo)教授：謝慶東 老師壹、 內(nèi)容介紹： 基於產(chǎn)能與成本的考，近白光有機(jī)電激發(fā)光元件(White Organic Light-Emitting Device, WOLED)結(jié)合彩色光片(Color Filter, CF)，已經(jīng)成為製作全彩化OLED顯示器的主要方法之一。此外，由於採(cǎi)用單一種光源，因此紅(RGB)三原色的壽命相同，沒(méi)有色彩失真的現(xiàn)象，在製程上則需要考慮遮罩對(duì)位的問(wèn)題，可增加畫(huà)面細(xì)，因此有機(jī)會(huì)應(yīng)用在大尺寸面板上。本文研究是在客製化的彩色光片上，製作白光高分子電激發(fā)光元件(White Poly

2、mer Light-Emitting Device, WPLED)，並探討結(jié)合後的全彩化特性，研究主要分為四個(gè)部份：一、 在ITO基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件，並對(duì)此元件進(jìn)白光之光電特 性分析。二、 彩色光片之光電特性分析。三、 白光高分子電激發(fā)光光譜(EL Spectra)，結(jié)合彩色光片的透過(guò)光譜(Transmissive Spectra)，進(jìn)光學(xué)模擬。四、 在CF基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件，並對(duì)結(jié)合之後的元件進(jìn)色彩特性分析。 有機(jī)電激發(fā)光(Organic Electroluminesence, OEL)是一種以電能激有機(jī)發(fā)光材而產(chǎn)生光(Cold Light)的現(xiàn)象，此發(fā)現(xiàn)最早可以

3、追溯到1963，由M. Pope等人在20nm膜厚的發(fā)光材蒽(Anthracence)，他們?cè)诰w端施加大於400伏特電壓時(shí)，觀察到微弱的發(fā)光現(xiàn)象。在當(dāng)時(shí)由於缺乏成熟的薄膜成長(zhǎng)技術(shù)，所以一直難以克服過(guò)高的驅(qū)動(dòng)電壓與效低下的問(wèn)題，無(wú)法邁入實(shí)用化的階段，因此有機(jī)材在當(dāng)時(shí)並沒(méi)有受到重視，而一直停在學(xué)術(shù)研究的階段。 發(fā)展至今依發(fā)光材之同，可區(qū)分為種技術(shù)型，一種是以小分子系(Small Molecule)作為有機(jī)發(fā)光層，以O(shè)LED作為泛稱(chēng)；另一種是以共軛高分子系(Polymer)作為有機(jī)發(fā)光層，俗稱(chēng)為PLED。OLED是藉著摻雜低濃染分子調(diào)整顏色，PLED則是以同取代基導(dǎo)入高分子系統(tǒng)直接合成得到同顏色。

4、而這種系只是材特性和成膜方法同，本質(zhì)上卻無(wú)。 有機(jī)電激發(fā)光元件(泛指OLED與PLED)因?yàn)榫咦园l(fā)光性、廣視角(視角廣達(dá)165以上)、高(100 cd/m2)、輝佳(16 lm/W)、高對(duì)比、低驅(qū)動(dòng)電壓(39V DCV)、高反應(yīng)速(1 s)、輕薄、製程簡(jiǎn)單、低成本的潛(3040% of Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay, TFT-LCD)、可製作大尺寸與可撓曲性面板等優(yōu)點(diǎn)，因此吸引全球超過(guò)百家公司競(jìng)相投入其顯示技術(shù)及材的開(kāi)發(fā)工作，且極可能取代液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)，成為次世代平面顯示器(Flat

5、Plane Display, FPD)的主。貳、 實(shí)驗(yàn)步驟：一、 STEP1在ITO基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件此製程主要分為二個(gè)部份，第一部份為ITO基板ITO蝕刻(ITO Patterning)，第二部份是在ITO基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件。1. 第一部份：ITO基板ITO蝕刻(ITO Patterning)，步驟如下I. 以丙酮與IPA噴洗ITO基板(7cm7cm)並用氮?dú)鈽尨登I. 塗佈正光阻AZ1500(塗佈:預(yù)轉(zhuǎn)5sec/500rpm，後轉(zhuǎn)30sec/1500 rpm)，塗佈均有雜質(zhì)，則再以丙酮洗掉、烤乾再重新塗佈。III. 預(yù)烘烤(120，3 min)，並且放置1m

6、in以待卻。IV. 以紫外光曝光箱進(jìn)曝光，光罩放置妥當(dāng)後，將ITO基板放置在光罩上並進(jìn)對(duì)位，最後關(guān)上外蓋並打開(kāi)UV燈管，曝光時(shí)間為90 sec。V. 曝後烤(120，8 min)，並且放置1min以待卻。VI. 調(diào)配顯影液AZ400K(80%去子水20%顯影液)，以燒杯裝取並在旁放置另一燒杯裝去子水，以鑷子夾取sample置於燒杯內(nèi)，左右搖晃(1 min)以待顯影完成，最後以去子水沖洗乾淨(jìng)。VII. 顯影後烘烤(120，30 min)，並且放置十秒以待卻。VIII. 調(diào)配蝕刻液(5%硝酸45%鹽酸50%去子水)。注意調(diào)配方式為鹽酸加入去子水，再以硝酸加入鹽酸去子水混和液，最後將蝕刻液倒入玻璃槽

7、內(nèi)並加溫至蝕刻液溫為40(以溫計(jì)測(cè)實(shí)際溫)。將ITO玻璃置入開(kāi)始蝕刻(3min，每15sec旋轉(zhuǎn)1/4圈使蝕刻均勻)，蝕刻完之後以去子水沖洗乾淨(jìng)，即完成Patterned ITO。2. 第二部份：在ITO基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件，步驟如下I. 基板割：將Patterned ITO基板(7cm7cm)割成2cm2cm大小。II. ITO基板清洗：將玻璃基板泡入丙酮中，並用超音波震盪機(jī)震10min，以除去玻璃表面的光阻與污染物。之後將玻璃基板泡入丙醇中，一樣用超音波震盪機(jī)震10min，以除去玻璃表面的殘餘的丙酮和污染物。清洗完畢的ITO玻璃基板以氮?dú)鈽尨登?，最後放置於加熱盤(pán)上使用200C烘

8、烤約10min。III. O2-Plasma清潔：使用電漿清洗機(jī)清潔ITO基板表面。IV. 旋轉(zhuǎn)塗佈電注入層PEDOT:PSS：使用針筒搭配孔徑為0.45m PVDF材質(zhì)的過(guò)器，將出的PEDOT:PSS溶液塗佈在基板上。使用預(yù)轉(zhuǎn)5sec/500rpm、後轉(zhuǎn)30sec/3000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)旋轉(zhuǎn)。在靜置分鐘後，以棉花棒沾去子水擦拭非主動(dòng)區(qū)，接著放置於加熱盤(pán)上以200/10min烤乾。最後迅速放入手套箱內(nèi)避免PEDOT:PSS吸收水氧。其中PEDOT:PSS層的膜厚約為800 。V. 旋轉(zhuǎn)塗佈有機(jī)發(fā)光層BP105:RP119：使用針筒搭配孔徑為0.45m PVDF材質(zhì)的過(guò)器，將出的BP105:RP

9、119 溶液塗佈在基板上，使用30sec/2000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)旋轉(zhuǎn)。在靜置分鐘後，以棉花棒沾有機(jī)溶劑擦拭非發(fā)光區(qū)，接著放置於加熱盤(pán)上以100/10min烤乾。其中有機(jī)發(fā)光層的膜厚約為800 。VI. 蒸鍍陰極氟化鋰(LiF)：將基板放置在有遮罩的Holder上並對(duì)位，當(dāng)所有基板對(duì)位完成後，將Holder傳遞至蒸鍍機(jī)內(nèi)。待抽真空至510-6 torr後開(kāi)始準(zhǔn)備蒸鍍，首先將氟化鋰緩慢加熱預(yù)鍍，分別以50、80 各預(yù)熱3min，調(diào)整鍍穩(wěn)定至0.1 /sec，預(yù)鍍10 後開(kāi)始進(jìn)蒸鍍，其中LiF膜厚約為10 。VII. 蒸鍍陰極屬鈣(Ca)：首先將鈣屬緩慢加熱預(yù)鍍，分別以30、34、40 各預(yù)熱3mi

10、n，調(diào)整鍍穩(wěn)定至1 /sec，預(yù)鍍50 後開(kāi)始進(jìn)蒸鍍，其中Ca膜厚約為100 。VIII. 蒸鍍陰極屬鋁(Al)：首先將鋁錠緩慢加熱預(yù)鍍，分別以30、50、80 各預(yù)熱3min，調(diào)整鍍穩(wěn)定至1 /sec，預(yù)鍍100 後開(kāi)始進(jìn)蒸鍍。調(diào)整電大小改變蒸鍍速，首先以1 /sec蒸鍍至300 以避免損害到有機(jī)層，再以3 /sec蒸鍍至1000 ，最後以5 /sec蒸鍍至2000 。IX. 元件封裝：蒸鍍鋁陰極後靜置15min待腔體溫，之後破真空至49010-3 torr時(shí)，將Holder自蒸鍍機(jī)傳回手套箱中進(jìn)元件封裝。於元件主動(dòng)區(qū)點(diǎn)上UV膠並蓋上蓋板玻璃後，以手提式UV燈於長(zhǎng)波長(zhǎng)模式下，照射2min進(jìn)U

11、V膠固化。二、 STEP2彩色光片製作(在全臺(tái)晶像公司製作)本文研究使用之彩色光片為顏分散法(光微影)，製造程依序?yàn)楹谏仃嚬こ?BM)、紅色工程(CF-R)、色工程(CF-G)、色工程(CF-B)、覆蓋層工程(OC)與透明導(dǎo)電膜工程(SiO2/ITO)，除透明導(dǎo)電膜工程外，其餘工程皆為黃光微影製程。全工程為首先在清洗乾淨(jìng)的素玻璃上，以旋轉(zhuǎn)塗的方式塗佈黑色光阻(Photo Resist, PR)，經(jīng)預(yù)烤(Pre Bake)、曝光(Exposure)、顯影(Develope)、硬烤(Post Bake)，而完成黑色矩陣(BM)。接著重覆此程三次，而形成紅色(CF-R)、色(CF-G)與色(CF-

12、B)之色彩層。覆蓋層工程同色彩層，但為整面曝光(無(wú)需光罩)整面覆蓋。最後以濺鍍法(Sputtering)，進(jìn)透明導(dǎo)電膜工程。三、 STEP3在CF基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件本製程主要分為二個(gè)部份，第一部份為CF基板ITO蝕刻(ITO Patterning)，第二部份是在CF基板上製作白光高分子電激發(fā)光元件，而無(wú)是哪個(gè)部份，所使用的材(基板除外)、設(shè)備與製程條件與STEP1完全相同。參、 結(jié)果與討論一、 材與基礎(chǔ)元件特性分析1. 高分子電激發(fā)光材BP105與RP119分析I. 材吸收(Abs.)與放光(PL)光譜：BP105的放光(PL)峰值在470nm，RP119的吸收(Abs.)峰值在

13、378nm、放光峰值在528nm。BP105的PL光譜與RP119的Abs.光譜有一小部份的重疊，這表示二者之間可能存在著能轉(zhuǎn)移的機(jī)制；將光BP105與紅光RP119做成互補(bǔ)色白光元件時(shí)，因?yàn)槎叩腜L光譜重疊處在光波段，所以有機(jī)會(huì)形成一寬帶(Broad Band)的白光。II. BP105基礎(chǔ)元件特性：BP105基礎(chǔ)元件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS(950，baking at 180C)/ BP105(12wt%，10003000rpm，baking at 140C)/LiF(10) /Ca(100)/Al(2000)，用同的濃與轉(zhuǎn)速控制發(fā)光層的厚，並觀察發(fā)光層厚對(duì)元件光電特性的影響。

14、綜合以上，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2000rpm、濃為1wt%時(shí)具有最大4780 cd/m2 (操作在11V時(shí))，故以此為最終製程條件。III. RP119基礎(chǔ)元件特性：RP119基礎(chǔ)元件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS(950，baking at 180C)/RP119 (1wt%，800，baking at 140C)/LiF(10)/Ca(100) /Al(2000)。因?yàn)楸狙芯克褂玫陌坠庠?，主發(fā)光體材為BP105，客發(fā)光體RP119所摻雜的很少，足影響到發(fā)光層的厚，故紅光基礎(chǔ)元件製程主要是解RP119元件的光電特性、EL光譜與CIE座標(biāo)。2. 彩色光片分析 彩色光片規(guī)格是採(cǎi)用全臺(tái)晶像NTSC53

15、%的光阻為依據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)C光源得結(jié)果，色彩層的CIE座標(biāo)分別是紅(0.63,0.34)、(0.28,0.56)與(0.13,0.14)，由此可計(jì)算出色飽和為56.2%，而白光(CF-W)的CIE座標(biāo)則在(0.31,0.34)。二、 元件特性分析1. 白光高分子電激發(fā)光元件(WPLED)分析I. 2.6)以光BP105為主體，摻雜同比的紅光RP119，完成互補(bǔ)色WPLED，其元件結(jié)構(gòu)為：ITO/PEDOT:PSS(950，baking at 180、，1wt%，800，baking at 140)/LiF(10) /Ca(100)/Al(2000)。當(dāng)RP119摻雜比提高時(shí)，紅光的強(qiáng)有明顯增加。而

16、在BP105:RP119為時(shí)有最大8620 cd/m2，同時(shí)兼具最佳白光位置，其CIE座標(biāo)為(0.32,0.36)，故選定為最佳化WPLED條件。II. 綜合以上可知，最佳化WPLED的最大為8620 cd/m2(操作在12V時(shí))，最佳效為2.55 cd/A(操作在8V時(shí))。 最佳化WPLED在同操作電壓之下的EL歸一化光譜，光EL Peak為460nm、紅光EL Peak則為610nm，值得意的是光的部份，因?yàn)楸狙芯恐饕怯霉馀c紅光材，合成出二波段型互補(bǔ)色白光，本預(yù)期光的可能足，進(jìn)而影響後續(xù)WPLED與CF的搭配性，但由此光譜看，應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生此問(wèn)題。 此外，由於WPLED中光波段的強(qiáng)較為突出，

17、恰好可以彌補(bǔ)CF-B普徧為提昇色，而必須犧牲掉的缺陷。綜合以上，此白光與本研究中所使用的彩色光片，將會(huì)有錯(cuò)的色彩搭配性。最後，白光可當(dāng)LCD顯示器的背光源，此時(shí)操作電壓是固定的；而本研究是將白光直接結(jié)合彩色光片，無(wú)可避免地必須適時(shí)地改變操作電壓，以換各種(灰階)混色，達(dá)到全彩化的目的，如此CIE座標(biāo)會(huì)隨著操作電壓的改變，而有小幅的變化，進(jìn)而產(chǎn)生所謂的色偏移，過(guò)，相信此白光在經(jīng)過(guò)CF的光之後，將會(huì)進(jìn)一步改善此現(xiàn)象。2. 白光高分子電激發(fā)光元件(WPLED)結(jié)合彩色光片(CF)模擬 將最佳化WPLED在最大時(shí)(操作在12V時(shí))的EL光譜，結(jié)合CF的透過(guò)光譜作一模擬，由於此白光是寛帶(Broad B

18、and)白光，所以在各波段並無(wú)產(chǎn)生衰減，因此模擬所得的紅光、光與光，在強(qiáng)的表現(xiàn)上是相當(dāng)平均的。將WPLED+CF的EL模擬光譜歸一化之後，與CF透過(guò)光譜(即Std.C+CF)做比較。 而將EL光譜代入色彩學(xué)公式，可模擬出紅、與光的CIE座標(biāo)，其中紅光、光與Std.C+CF-R、Std.C+CF-G匹配得錯(cuò)，而光則因CF-B本身色純較高，相較BP105為天光材，故匹配性差一些，也因此色飽和較原衰減約3%。3. 白光高分子電激發(fā)光元件(WPLED)結(jié)合彩色光片(CF)分析I. WPLED的對(duì)照WPLED+CF的。 WPLED+CF各色光的會(huì)跟WPLED本身的、CF的Y值比、WPLED的EL光譜有關(guān)

19、。由於此白光本身是寛帶白光，所以影響最大的即為CF的Y值比，而Y值是以標(biāo)準(zhǔn)C光源測(cè)CF所得到的，在此為CF-R(Y)：CF-G(Y)：CF-B(Y)：。 而在最大時(shí)，紅光(WPLED+CF-R)之EL Peak為616nm、光(WPLED+CF-G)之EL Peak為528nm、光(WPLED+CF-B)之EL Peak為464nm，。II. 紅光特性：紅光光源是由RP119所提供，在經(jīng)過(guò)CF-R光後的色彩特性。其EL Peak為616nm，而在同的操作電壓()之下，幾乎會(huì)產(chǎn)生色偏移。III. 光特性：光光源是由BP105與RP119所共同提供，在經(jīng)過(guò)CF-G光後的色彩特性。其EL Peak為528nm，而在適當(dāng)?shù)牟僮麟妷?812V)之下，幾乎會(huì)產(chǎn)生色偏移。IV. 光特性：光光源是由BP105所提供，在經(jīng)過(guò)CF-B光後的色彩特性。其EL Peak為464nm，而在適當(dāng)?shù)牟僮麟妷?81