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光電與半導體主題技術論壇 清大/工研院聯合研究中心 ( Ι )

光電與半導體主題技術論壇 清大/工研院聯合研究中心 ( Ι ). 可用於 全彩顯示 及 照明 的 有機發光技術. 洪勝富(清大電子所) ,孟心飛教授(交大物理所) 鄭建鴻教授(清大化學系),周卓輝教授(清大材料系) 胡紀平博士(工研院光電所), 趙清煙博士工研院光電所). 簡報大綱. 共軛高分子簡易全彩主動顯示結構 Patterning-free active pixel 結構 P3HT 上的紅光 P3HT 上的全彩發光 PEDOT:homojunctions 的白光發光 小分子有機白光發光技術 高效率紅光與藍光材料 白光 OLED 結論.

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光電與半導體主題技術論壇 清大/工研院聯合研究中心 ( Ι )

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  1. 光電與半導體主題技術論壇 清大/工研院聯合研究中心(Ι) 可用於全彩顯示及照明的有機發光技術 洪勝富(清大電子所),孟心飛教授(交大物理所) 鄭建鴻教授(清大化學系),周卓輝教授(清大材料系) 胡紀平博士(工研院光電所), 趙清煙博士工研院光電所)

  2. 簡報大綱 • 共軛高分子簡易全彩主動顯示結構 • Patterning-free active pixel結構 • P3HT上的紅光 • P3HT上的全彩發光 • PEDOT:homojunctions的白光發光 • 小分子有機白光發光技術 • 高效率紅光與藍光材料 • 白光OLED • 結論

  3. One-polymer active pixel結構 The drain current Id MEH-PPV transistor is plotted as a function of drain voltage Vd for various gate voltage Vg. The brightness measured as photocurrent with a PIN photodiode of MEH-PPV PLED as a function of Vg. I-V and brightness of MEH-PPV PLED.

  4. 共軛高分子簡易全彩主動像素結構

  5. 共軛高分子簡易全彩主動像素結構 • 以半導體P3HT取代導電性PEDOT:PSS作為hole transport layer,同時作為驅動元件的主動層。 • 因P3HT為半絕緣,因此可達到無需微影主動像素元件製作。 製程簡易!!

  6. 驅動電晶體+PLED整合 The drain current Id of P3HT transistor is plotted as a function of drain voltage Vd for various gate voltage Vg. μ=0.0047 cm2/Vs Pixel area:100um*100um Drain current(max): 3.6 uA So current density is 360 A/m2 (max)

  7. 驅動電晶體+PLED整合 The brightness of the active pixel as a function of the gate voltage Vg. Ip is the photocurrent of the detector shown in the circuit.

  8. EL spectrum of P3HT 692nm 648nm P3HT EL Efficiency:10-3 cd/A. L(max)~~5 cd/m2 Peaked at 648nm and 692nm.

  9. 使用P3HT為HTL的發光 3 3.2 2.9 5.1 P3HT 4.7 5.8 ITO Green-B P3HT / Green-B Max:5 cd/A Max:1.5 cd/A

  10. 使用P3HT為HTL的發光 Exciplex emission 3 - 3.2 Exciplex emission 5.1 + 5.8 P3HT Green-B another peak 616nm P3HT / Green-B

  11. 使用P3HT為HTL的發光 3 3.2 2.9 5.1 P3HT 4.7 5.8 ITO Green-1100 P3HT / Green-1100 Max:7.75 cd/A Max:1.25 cd/A High efficiency 1.3cd/A L=3500 cd/m2

  12. 使用P3HT為HTL的發光 3 3.2 2.9 5.1 P3HT 4.7 5.8 ITO Green-1100 P3HT / Green-1100

  13. P3HT介面發光 (0.64 , 0.35) (0.59,0.40) 2.8 3 3.2 5.1 5.12 5.8 P3HT Green-1100 Efficiency P3HT / Green-1100 : Red-B Doped vs. Red-alone Efficiency(max)-----1.3 cd/A: 0.61 cd/A Luminance(max)----3500 cd/m2: 1720 cd/m2

  14. P3HT介面發光

  15. P3HT上的全彩發光 P3HT / doped multi-layers / Ca / Al L(max)=2170 cd/m^2 Yield(max)=0.52 cd/A

  16. P3HT上的全彩發光 P3HT / doped multi-layers / LiF /Ca / Al L(max)= 2744 cd/m^2 Yield(max)=1.08 cd/A

  17. 共軛高分子簡易全彩主動像素結構

  18. Device Yield ( cd / A ) Luminance ( cd / m2 ) C.I.E PEDOT / doped homojunctions / CaAl A 0.62 1690 (0.34，0.35) B 1.63 2928 (0.35，0.34) C 0.4 1496 (0.34，0.34)

  19. PEDOT / doped homojunctions / CaAl

  20. 以P3HT實現2T1C主動像素 Ca / Al MEH-PPV, PF, PFO P3HT ITO gate Glass, other flexible substrates Bottom-gate coplanar type 2T1C主動像素元件結構

  21. P3HT上移動率的改善 W/L=250um/12um , μ=0.045 cm2/Vs Appl. Phys. Lett. 69 (26), 23 December 1996 Zhenan Bao,Ananth Dodabalapur, and Andrew J. Lovinger

  22. Summary 1 • 使用P3HT取代PEDOT可同時達到驅動電子元件與發光元件的整合. • 使用P3HT作為HTL可強化紅光發光,並達成全彩發光. • 使用P3HT確可同時製作2T1C之結構. • 使用PEDOT/homojunctions的結構可得到高效率白光.

  23. 光電與半導體主題技術論壇 清大/工研院聯合研究中心(Ⅱ) 高效率白光有機電激發光二極體開發 鄭建鴻教授(清大化學系),周卓輝教授(清大材料系) 胡紀平博士(工研院光電所), 趙清煙博士工研院光電所)

  24. 技術簡介 • 有機電激發光二極體（ OLED ）為現今最受矚目的新顯示技術，其應用十分廣泛，目前又以高效率白光有機電激發光技術亟待突破。白光可由多種色光混合而成，如二波長光(藍色光+黃色光)混成，或三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)混成。 • 將有機發光分子以熱蒸鍍方式鍍製成OLED元件，藉由選配各色光之有機發光分子，以製備白光OLED元件。計畫中合成紅色磷光材料Ir(DBQ)2(acac)，同時開發新型高效率藍光材料T1，以此兩種材料進行白光元件設計改良及白光OLED顯示器製作 。

  25. Synthesis of Iridium Complex 提供昇華後Ir(MDQ)2(acac)

  26. Device: ITO/NPB(50nm)/Ir(DBQ)2(acac):CBP(7%, 30nm)/BCP(10nm)/Alq(40nm)/Mg:Ag Maximum External Quantum Efficiency: 11.9 % Maximum Brightness: 65042 cd/m2 Maximum Current Efficiency: 23.3 cd/A CIE(x,y): (0.62, 0.38) lmax: 610 nm

  27. UV-vis absorption and PL Emission spectra of T1

  28. A: CuPc(10nm)/NPB(50nm)/T1(30nm)/Alq(40nm)B: CuPc(10nm)/NPB(50nm)/T1(30nm)/TPBI(40nm)C: CuPc(10nm)/NPB(50nm)/T1(30nm)/BCP(10nm)/Alq(30nm)

  29. Performance of T1-based Devices Vto (V) Lmax (cd/m2 , V) ηp (lm/W, V) ηc (cd/A, V) ηext (%, V) Device CIE (x, y) 3.9 0.14, 0.17 0.15, 0.20 0.15, 0.13 33362, 13.5 TPBI Alq BCP/Alq 3.5, 7.0 2.2, 6.5 4.8, 7.0 3.6 4.5 19726, 16.0 5057, 18.0 2.2, 7.5 1.9, 9.0 1.6, 6.5 0.8, 8.0 3.7, 7.5 2.1, 9.0

  30. EL Spectrum and CIE of T1 (0.14, 0.17) CuPc(10nm)/NPB(50nm)/T1(30nm)/TPBI(40nm)

  31. 成果說明(I) 0.9 1931 CIE 色座標 Electrode ETL 0.6 HBL Green EML EML 0.3 Orange-Red HTL Blue ITO 0.0 0.0 0.3 0.6 0.8 Orange-Red OLED : ITO/NPB/Ir(DBQ)2acac doped CBP/BCP/Alq3/LiF/Al Green OLED : ITO/NPB/Ir(ppy)3 doped CBP /BCP/Alq3/LiF/Al Blue OLED : ITO/CuPc/NPB/T1/TPBi/Mg:Ag

  32. Electrode ETL HBL EML EML HTL ITO RGB有機電激發光元件比較表 製作原理：以熱蒸鍍將多色有機發光材料 鍍製成OLED元件

  33. 成果說明(II) White-light OLEDs 白光有機電激發光元件

  34. Electrode ETL HBL EML EML HTL ITO 高效率白光有機電激發光元件 製作原理：以熱蒸鍍將多色有機發光材料 鍍製成OLED元件

  35. 0.9 1931 CIE 色座標 0.6 0.3 0.0 0.0 0.6 0.8 0.3 白光螢光有機電激發光元件之CIE Coordinates ITO/NPB/DCM2 doped DPVBi/C-545T dopedAlq3/Alq3/LiF/Al

  36. 0.9 0.6 0.3 0.0 0.0 0.3 0.6 0.8 白光磷光有機電激發光元件之CIE Coordinates ITO/NPB/DSA doped DPVBi/Ir(DBQ)2acac, Ir(ppy)3 co-doped CBP/BCP/Alq3/LiF/Al 1931 CIE 色座標

  37. 成果說明（Ⅲ） 1.5 1.0 505 587 Normalized Intensity 452 0.5 Applied voltage : 8V 0.0 RGB白光有機電激發光元件 白光發光原理：RGB三色光混成白光元件 Red : Ir(DBQ)2(acac) Green : Ir(ppy)3 Blue : DSA doped DPVBi

  38. 研究結果 Fluorescent White-Light OLEDs Expected Turn-on voltage ：≦ 4.0 V Luminance ：≧ 5,000 cd/m2 Luminous efficiency：≧ 2.0 lm/W CIE coordinate ：( 0.33±0.05, 0.36±0.05 ) Result Turn-on voltage ：3.0 V Luminance ：8,500 cd/m2 on 7.5 V Luminous efficiency：5.08 cd/A 4.77 lm/W CIE coordinate ：( 0.30, 0.33 )

  39. 研究結果 Phosphorescent White-Light OLEDs Expected Turn-on voltage ：≦ 4.0 V Luminance ：≧ 5,000 cd/m2 Luminous efficiency ：≧ 6.0 lm/W CIE coordinate ：( 0.33±0.05, 0.36±0.05 ) Result Turn-on voltage ：3.5 V Luminance ：8,000 cd/m2 on 7.5 V Luminous efficiency ：7 cd/A 5.7 lm/W CIE coordinate ：( 0.35, 0.43 )

  40. 成果說明(Ⅳ) 0.9 0.9 Electrode ETL HBL 0.6 0.6 Phosphorescent Fluorescent EML EML 0.3 0.3 HTL ITO 0.0 0.0 0.0 0.6 0.8 0.3 0.0 0.3 0.6 0.8 高效率白光有機電激發光元件 1931 CIE 色座標 1931 CIE 色座標

  41. Summary 2 • 自行設計合成開發之紅色磷光材料與藍色材料及元件，也可達到國際一流水準。 • 本計畫所開發之高效率白光元件技術，可技術移轉給OLED生產公司。此白光元件技術未來不僅可應用於LCD顯示器之背光光源、照明設備，甚至於顯示器本身。 • 參與計畫之工作人員將接受有計畫的訓練與工作分配，接受整套由下而上OLED技術的學習。目前OLED產業非常需要人才，本計畫訓練的人，將可為此產業所用。

  42. 清大/工研院聯合研究中心 謝謝您光臨視察與指教

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