本研究是以串聯的概念，將上、下兩個相同的發光元件以連接層連接起來，與傳統的有機電激發光二極體(Organic light emitting diode；OLED)元件比較，在相同的電流密度下，串聯式(tandem)元件擁有較高的發光效率，因此在元件壽命方面也是串聯式元件佔優勢，而本研究的實驗主軸為：(Ⅰ)以本實驗室原已發展，利用有機摻雜金屬(Alq3:Li)/金屬氧化物(MoO3)當作連接層，串聯兩個基本白光元件的串聯式元件為基礎，針對連接層做改善，期待能提升元件的功率效率(power efficiency)。(Ⅱ)以實驗的方式直接探討連接層在串聯式元件中的特性與機制，以及釐清其與串聯式元件光電特性的相互關係。
(Ⅰ)我們的基本白光元件在1755 mA/m2時能有最高亮度49820 cd/m2，功率效率在20 mA/cm2能達到2.52 lm/W，CIE座標則是(0.33,0.33)的純白光，以上特性表現在小分子螢光白光系統裡都是非常出色的，但以Alq3:Li/ MoO3當作連接層做成串聯式元件後，功率效率在20 mA/cm2卻降至2.07 lm/W，所以我們根據一些參考文獻，選擇新的材料HAT-CN來取代原來的MoO3，而結果也如我們所預期的，以Alq3:Li/HAT-CN當作連結層做成串聯式元件，在經過膜層最佳化後，功率效率在20 mA/cm2可以提升至2.24 lm/W，將近10%的升幅，最高亮度在650 mA/cm2也可以達到71790 cd/m2，CIE座標則為(0.30, 0.39)。
（Ⅱ）然而以HAT-CN取代MoO3能提升元件功率效率的原因是我們急待釐清。根據目前文獻上對於連接層特性的描述大致上有傳遞載子(transport carrier)和產生載子(generation carrier)兩種，所以本研究依此兩種說法分別設計hole only device、electron only device 及capacitance device，希望以實驗的方式直接來作探討。從結果顯示，在傳遞載子特性探討中，不管是Alq3:Li/ MoO3或Alq3:Li/HAT-CN，電子、電洞在此兩種連接層中傳遞，隨著Li摻雜濃度的變化而有相同的趨勢，反而是在產生載子特性探討裡，HAT-CN比起MoO3能更有效地產生載子，且HAT-CN膜層厚度會影響產生的載子數量，與串聯式元件相對照，產生的載子越多則元件功率效率越高，所以綜合以上探討，我們可以知道，連接層是否有效地產生載子，對串聯式元件將會有關鍵性的影響。

Recently, tandem white organic light-emitting diodes are attracting a great deal of interest due to their potential illumination applications. A tandem structure is a mean two or more electroluminescence units that joined together through connecting units in series. So, we can make sense that the connecting unit has play an important role in this particular structure. In my paper research, the functions of connecting units are usually being considered with two aspects: charge transporting and charge generation. But, it was rarely discussed which function is the key point. Three devices were fabricated in this study : (Ⅰ) unit device, (Ⅱ) tandem device 1 with connecting layers of Alq3:Li/MoO3 and (Ⅲ) tandem device 2 with connecting layers of Alq3:Li/HAT-CN. Base on this two connecting unit structure, we can get a quantifiable data from adopting, carrier transporting and carrier generation and figure out which function of connecting unit in tandem device is the main factor.
The unit device has outstanding performance comparing to others fluorescence white OLED. It exhibits a maximum luminance of 49820 cd/m2 at 1755 mA/cm2, the power efficiency of 2.52 lm/W at 20 mA/cm2 and CIE (0.33, 0.33). But the power efficiency decreased to 2.07 lm/W at 20 mA/cm2 in tandem device 1. In order to improve device performance, we choose new material HAT-CN to replace to MoO3. From our result, the tandem device 2 have increase power efficiency from 2.07 lm/W to 2.24 lm/W at 20 mA/cm2, and the maximum luminance reach 71790 cd/m2 at 650 mA/cm2 with CIE(0.30, 0.39).
We want to figure out why the power efficiency increased after using HAT-CN in tandem device. So we further designed and fabricated the hole only device, electron only device and capacitance device to figure out the charge transporting and charge generation behavior between these two connecting unit constructed based on Alq3:Li/MoO3 and Alq3:Li/HAT-CN. After analyzing the results of these devices, we found that the charge generating plays a major role in tandem OLED’s performance. In other words, if the more carriers can be generated in the connecting layers, the higher power efficiency in tandem device can be realized.

誌謝 i
中文摘要 ii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 x
表目錄 xvi
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 有機電激發光元件之簡介及歷史發展 3
1-3 有機電激發光元件之基本結構 6
1-4 有機電激發光元件之基本發光原理 8
1-5 有機電激發光元件材料介紹 11
1-5-1 陽極 12
1-5-2 電洞注入層材料 12
1-5-3 電洞傳輸層材料 13
1-5-4 發光層材料 14
1-5-5 電子傳輸層材料 16
1-5-6 電子注入層材料 16
1-5-7 陰極 16
1-6 串聯式有機發光二極體介紹 18
1-6-1 概念的起源 18
1-6-2 機制與設計 19
1-6-3 連接層種類 20
1-7 有機電激發光元件基本光學特性之定義 22
1-8 有機電激發光元件的色彩鑑定 23
1-8-1 色彩學原理 23
1-8-2 CIE1931色座標 24
第二章 理論基礎與研究動機 27
2-1 有機電激發光能階特性簡介 27
2-2 有機電激發光之能量轉移機制 29
2-2-1 輻射能量轉移 29
2-2-2 非輻射能量轉移 30
2-3 濃度淬熄效應 32
2-4 白光有機電激發光元件 33
2-4-1 多摻雜發光層 34
2-4-2 多重發光層 34
2-5 電容概論 36
2-6 研究動機 38
第三章 實驗方法與設備 41
3-1 實驗架構 41
3-2 實驗材料 42
3-3 實驗設備 43
3-3-1 製程設備 43
3-3-2 量測設備 46
3-4 實驗步驟 53
3-4-1 ITO基板蝕刻 53
3-4-2 ITO基板清潔 54
3-4-3 有機與金屬薄膜製程 55
3-4-4 元件封裝製程 56
第四章 結果與討論 57
4-1 基本白光元件光電特性分析 57
4-2 連接層材料選取 63
4-3 串聯式白光元件光電特性分析 69
4-3-1 連接層Alq3: Li摻雜濃度優化 70
4-3-2 連接層HAT-CN膜厚優化 72
4-3-3 不同連接層材料串聯式白光元件比較 75
4-4 連接層特性分析 79
4-4-1 連接層傳遞載子特性分析 79
4-4-2 連接層產生載子特性分析 84
第五章 總結 90
參考文獻 95

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