第一個加入MQW結構的OLED元件.pptVIP

2004/06/08 國立彰化師大藍光實驗室 陳秀芬 Organic light-emitting diodeswith multiple quantum wells Reporter: Hsiu-Fen Chen Adviser: Dr. Y.-K. Kuo Date: 2004/06/08 Outline MQWs運用在有機元件的起源 第一個加入MQW結構的OLED元件 MQW的新用途 另一種量子效應的應用---Nanolayers 未來展望 起源 1990年，美國的So學者等人提出，將一般(無機)半導體的MQW(multiple quantum wells)結構應用於有機半導體(crystalline organic semiconductors)的構想。 [F. F. So, S. R. Forrest, Y. Q. Shi, and W. H. Steier, Appl. Phys. Lett. 56, 674 (1990).] 因為有機半導體之間鍵結的凡得瓦力較弱，不易因晶格不匹配而產生應力，因此可長出較完美的多層異質結構。 文中發現了，當有機材料層的厚度逐漸由1000 ?降低至10 ?，激子(exciton)的吸收譜線會往高能量移動。證實了在有機材料中也有量子效應的產生。 第一個加入MQW結構的OLED元件 1993年，日本學者Ohmori等人利用organic molecular beam deposition，成功製造出加入MQW結構的有機電激發光二極體(organic electroluminescent diodes，即organic light-emitting diodes)。 [Y. Ohmori, A. Fujii, M. Uchida, C. Morishima, and K. Yoshino, Appl. Phys. Lett. 62, 3250 (1993).] 一開始作者利用x-ray diffraction、optical absorption與photoluminescence等方法，測量Alq3/TPD多層結構，確定其量子特性。再測量含有Alq3/TPD MQW結構的OLED devices，將其發光強度曲線做比較。 有機層厚度與能量位移的關係[after Ohmori] 當Alq3與TPD的厚度逐漸下降，PL光譜峰值的發光能量會逐漸增加。顯示出在LUMO與HOMO有量子化能階的存在。 MQW結構的OLED發光頻譜與發光強度對輸入電流關係圖[after Ohmori] 作者指出，在此元件結構下，將MQWs的厚度設計為每層約10~20 nm有最佳輸出效率。 MQWs的新用途 根據多位學者的研究，在OLED中加入MQW結構，可將電子與電洞侷限在發光層中，增加發光效率。而因為應用了量子效應，使得元件發光特性有narrow spectral emission、higher emission efficiency及tunable emission spectrum等優點。 2002年4月，中國學者Yong Qiu等人對MQWs提出了新用途。他們將MQW製作在電洞傳輸層，借此減緩電洞的傳輸速度，達到charge balance，提高發光效率。 [Y. Qiu, Y. Gao, P. Wei, and L. Wang, Appl. Phys. Lett. 80, 2628 (2002).] 同年11月，Qiu等人又提出了，藉由調整MQW數量及發光層材料，可控制載子的傳輸，而得到不同波長的光。 [Y. Qiu, Y. Gao, L. Wang, P. Wei, L. Duan, D. Zhang, and G. Dong, Appl. Phys. Lett. 81, 3540 (2002).] 元件結構與MQWs能帶圖 [after Qui] 作者將MQWs設計在電洞傳輸層，其中(單看MQW)NPB總厚度加起來為15 nm，CuPc的總厚度為6 nm，分別變化量子井個數為0、2、4與6(對)。 螢光強度與發光效率對輸入電流密度關係圖 [after Qui] 測量螢光強度與發光效率對輸入電流密度的關係後，發現以n=4的結構效率最佳。 MQWs能帶圖與不同量子井個數的發光頻譜[after Qui, November 2002] 作者使用的Alq3:rubrene材料中，rubrene分子具有抓住電洞的能力。由圖中可發現，n=6的發光頻譜幾乎與直接使用Alq3:rubrene為發光層的頻譜相同，顯示了變化量子井個數可以控制元件的發光。 量子效應的另一種應用---Nanolayers 2004年，Park等人提出在發光層與金屬陰極間，加入極薄的有機絕緣層(pol