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題目 : 光子晶體加入有機電發光二 極體改善發光效率 主講人 : 蘇 詠 翔

題目 : 光子晶體加入有機電發光二 極體改善發光效率 主講人 : 蘇 詠 翔. 大綱. 1 簡介 2 單一方向波源模擬 3 應用 Dipole 模擬 4 結論 5 參考資料. PC Layer. Glass (n=1.5 ). Glass (n=1.5). SiNX 600 nm (n=1.95). ITO 200 nm (n=1.8) Organic (n=1.75). ITO 200 nm (n=1.8) Organic (n=1.75). Metal. Metal. 傳統有機電發光二極體 (OLED).

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題目 : 光子晶體加入有機電發光二 極體改善發光效率 主講人 : 蘇 詠 翔

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Presentation Transcript

  1. 題目: 光子晶體加入有機電發光二 極體改善發光效率 主講人: 蘇 詠 翔

  2. 大綱 • 1 簡介 • 2 單一方向波源模擬 • 3 應用Dipole模擬 • 4 結論 • 5 參考資料

  3. PC Layer Glass (n=1.5) Glass (n=1.5) SiNX 600 nm (n=1.95) ITO 200 nm (n=1.8) Organic (n=1.75) ITO 200 nm (n=1.8) Organic (n=1.75) Metal Metal 傳統有機電發光二極體(OLED) 加入光子晶體之OLED 簡介

  4. 簡介 • 光子晶體 光子晶體(photonic crystal)被喻為是光的半導體，它是由許多規則排列的小洞所組成的光波材料。廣義的說，任何具有週期性折射率的材料都可稱做是光子晶體。

  5. Power:0.0358 圖ㄧ傳統OLED 0.6um 光子晶體層的結構為正方形排列，週期0.6um Power:0.043 圖二週期0.6 PC OLED 單一方向波源模擬(傳統OLED對PC-OLED)

  6. Power:0.0496 圖三週期0.6 長度0.2μm PC OLED 0.6um 光子晶體層的結構三角形排列，週期為0.6um Power:0.0641 三角型結構週期0.6um 柱高0.2um v.s 柱高0.4um 圖四週期0.6 長度0.4μm PC OLED

  7. Power:0.153 Power:0.0954 圖六週期0.6 PC OLED 圖五週期0.6 PC OLED 0.6um 0.6um 光子晶體層的結構三角形排列，週期為0.6um、直徑0.4um、柱高0.4um 光子晶體層的結構正方形排列，週期為0.6um、直徑0.4um、柱高0.4um 週期0.6um 直徑0.4um 柱高0.4um 正方形 v.s 三角形排列

  8. 圖B 週期0.6um正方形排列PC- OLED 0.6um 光子晶體層的結構為正方形排列，週期0.6um 晶體柱直徑0.2um、高度0.2um Power:1.80 圖A 傳統OLED Power:2.73 應用Dipole模擬(傳統OLED對PC-OLED)

  9. Power:2.833 圖C 週期1um 三角形排列PC-OLED 1um 光子晶體層的結構為三角形排列，週期1um 晶體柱直徑0.2um、高度0.2um 應用Dipole模擬

  10. Power:2.825 光子晶體層的結構為蜂巢形狀排列，週期0.8um 晶體柱直徑0.2um、高度0.2um 0.8um 圖D 週期0.8um 蜂巢狀排列 PC-OLED 應用Dipole模擬

  11. Glass (n=1.5) SiNX 600 nm (n=1.95) 玻璃層光子晶體 ITO 200 nm (n=1.8) Organic (n=1.75) Metal SiNx/SiO2 圖E 兩層光子晶體之OLED 0.6um Power:2.845 0.6um 應用Dipole模擬

  12. 結論 在OLED加入光子晶體後我們發現，確實能提升光取出效率，可以發現改變光子晶體的高度、直徑、週期及排列形狀的不同，光的取出率也會有所不同，最後我們發現，若以單層的光子晶體來說是以三角型排列，週期為1um、直徑0.2um、高度也0.2um改善最多，但我們所模擬出最好的光取出率是加入兩層光子晶體的OLED，但因為做兩層光子晶體在製程上會比較麻煩及成本也會比較高，且加入兩層光子晶體的OLED，模擬出來的光取出率也沒很明顯的改善，所以以目前來說我們結構還是以單層為主，或許加入兩層光子晶體的OLED還是有很大的改善空間。 在玻璃上直接做，沒有加SiNx/SiO2效果不是很好大概與傳統的差不多。

  13. 參考資料 • [01] 劉導淳，“光子晶體-光的半導體”光電技術,電子月刊第八卷第三期,pp.169-181,2002年三月號。 • [02] 莊坤儒，“南台科技大學尖端科平面顯示器技術與趨勢研討會”11 / 22 / 2001。 • [03] 莊坤儒，“顯示器的明日之星-有機電發光顯示器”顯示器專欄工業材料147期,pp.138-150, 88年3月。 • [04] Yong-Jae Lee,Se-Heon Kim,Joon Huh,Guk-Hyun Kim,and Yong-Hee Lee,Sang-Hwan Cho,Yoon-Chang Kim,and Young Rag do。 • “A high-extraction-efficiency nanopatterned organic light- emitting diode”American lnstitute of Physics,pp.3779-3781,26 May 2003 See http://ojps.aip.org/aplo/ap;cr.jsp。 • [05] Prof.C.(Fred)Chen 陳金鑫，“Chitchat OLED II”。 • [06] 翁文國、林振華，“挑戰液晶顯示器霸權－有機電致發光顯示技術”工業材料156期,pp.75-84,88年12月。 • [07] David J. Williams，“ORGANIC LEDs Get Brighter,Sharper”Global Forecast 2003,pp.116-120,January 2003。 • [08] John Burtis，“Organic Displays－Sputter to Life” Technology Close-Up Examining the foundations of potonics,pp.145-150, October 2000。

  14. 參考資料 • Young Rag Do.*Yoon Chang Kim ,*Young-Woo Song,Chi-O Cho,Heonsu Jeon,Yong-Jae Lee,Se-Heon Kim,and Yong-Hee Lee，“Enhanced Light Extraction form Organic Light-Emitting Diodes with 2D SiO2/SiNx Photonic Crystals**”WILEY-VCH Verlag CmbH ＆ Co.KgaA.Weinheim ,pp.1214-1218, Adv.Mater.2003.15,No.14.July 17。 • [10] Klaus Meerholz* and David C.Muller，“Outsmarting Waveguide Losses in Thin-Film Light-Emitting Diodes” WILEY-VCH Verlag CmbH,D-69469 Weinheim,2001 ,pp.251-253, Adv.Funct. Mater 2001,11,No.4.August。 • [11] 黃承彬，“光子晶體簡述－(PartⅠ)：背景與計算方式” • 光學工程 第七十八期91.6，pp.72-78, 2002。 • [12] 黃承彬，“光子晶體簡述－(Part Ⅱ)：製備方法” • 光學工程 第七十九期91.9，pp.101-108。 • [13] 蔡雅芝，“淺談光子晶體”物理雙月刊，廿一卷四期，pp.445-450,1999年8月。 • [14] 高弘毅，“奈米玻璃與光子晶體技術探索”OPTOTECH/光電科 • 技，pp.66-78,March 2002。 • [15]H.Fujita,T.Uero,T.Asano,S.Noda,H.Ohhata,T.Tsuji,H.Nakad-a and N.Shimoji，“Organic light-emitting diode with ITO/ organic photonic crystal”ELECTRONICS LETTERS 27th November 2003 Vol.39 No.24。

  15. 折射與反射 • 波前進時遇到不同折射率的物質時，改變了原本前進的方向一部份穿透一部分折返回原物質，穿透的波稱為折射，返回原物質的波稱為反射。

  16. OLED發光的基本原理 • 加入一外加偏壓，使電子電洞分別經過電洞傳輸層(HTL）與電子傳輸層（ETL）後，進入一具有發光特性的有機物質。在其內發生再結合時，形成一激發光子後，再將能量釋放出來而回到基態, 而這些釋放出來的能量當中，只有25%單重態到基態的能量可以用來當作OLED的發光，其餘的75%是以磷光或熱的形式回歸到基態。

  17. 有機發光二極體的發光效率 如果以光學部分來說明的話 表示發光層發出的光子能輸出到元件外的比例。 n:表示發光層的折射率 。

  18. 繞射 • 當光通過一單狹縫時，如縫愈窄則光線會愈向兩旁擴張，此現象即所謂的繞射。 • 繞射現象會發生在所有的波動上，包括光波。當光線通過一個較其波長大的缺口時，其亮處與暗處之界限相當清晰。但是如果將缺口寬度漸漸縮小至約若光波長大小的狹縫時，即可見到光的繞射圖中亮處和暗處的界限不再清晰可見，且光線散開造成亮區漸隱至暗區而沒有明顯的界線。這就是光的繞射。

  19. 簡要製程 • 首先先在OLED的玻璃基板上沉積了一層200 nm厚的二氧化矽，然後以全像微影術(holographic lithography)及反應性離子蝕刻(reactive ion etching)製造出由直徑200 nm的圓柱構成的正方晶格陣列，晶格常數為600 nm。陣列上方覆蓋了800 nm厚的SiN>sub>x。

  20. Dipole • 測量旋轉運動的光譜方法取決於光吸收的選擇性。對於分子躍遷偶極矩的吸收向量平行於激發光的電向量的那些分子，優先被激發，它們之間夾角很小的分子也容易被激發。吸收向量垂直於激發光電向量的分子則不被激發。被激發的分子處於激發態或三重態，其躍遷偶極矩方向並不是隨機分佈的，而是與激發光的偏振方向是一致的或二者之間的夾角很小。當他們跳回基態時，其發射信號是偏振的。留在基態的分子的躍遷偶極矩方向也不是隨機分佈的，而是與激發光的偏振方向垂直的或夾角很大，測量它們的吸收時，其吸收信號是二向色性的，即它們對於垂直和平行於激發光偏振方向的吸收不同。如果分子不能運動，則發射信號的偏振以及吸收信號的二向色性一直保持不變。事實上，由於分子的運動，分子躍遷偶極矩的方向再次變為隨機分佈。

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