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研究生: 許家榮
Syu, Jia-Rong
論文名稱: 氧化鋅表面修飾作為電子注入層於反轉式高分子發光二極體
Surface Modification of Zinc Oxide as Electron Injection Layer in Inverted Polymer Light Emitting Diode
指導教授: 溫添進
Wen, Ten-Chin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 氧化鋅電子注入高分子發光二極體
外文關鍵詞: ZnO, electron injection, PLED
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  • 本論文研究主題包含兩大部分,第一部分利用氧化鋅退火處理造成的物性改變,使得自我組裝單分子層修飾效果的改變;第二部份利用四級胺鹽作為氧化鋅表面修飾,探討其應用在反轉式高分子發光二極體電子注入的影響。兩部分內容詳述如下:
    在第一部分中,藉由控制氧化鋅退火溫度,改變氧化鋅結晶型態與表面結構,發現氧化鋅會因退火溫度上升而使結晶強度增加,同時也增加本身的電子遷移率,然而退火溫度上升時,使得氧化鋅表面氫氧基減少,導致鍵結的自我組裝單分子層減少而降低偶極強度,故退火溫度有一最佳值,能夠提升電子遷移率卻不降低偶極強度。
    在第二部份中,利用四級胺鹽作為氧化鋅的表面修飾,與未經修飾的氧化鋅相比,元件效能有大幅度增進,表示電子注入能力有提升的現象。藉由UPS分析證實四級胺鹽確實能降低電子注入能障,並利用單一載子元件探討四級胺鹽鏈長對電子注入能力改變。

    In this thesis, we suggest two methods for modifying energy levels of zinc oxide (ZnO) conduction band as the electron injection layers in inverted polymer light emitting diode (PLED). First of all, self-assemble monolayer (SAM) is grafted onto ZnO substrate to reduce the barrier between emissive layer (EL) and ZnO. In the next, we use the quaternary ammonium salts (quats) to modify the surface of zinc oxide to improve electron injection ability. The following is the detail of two parts:
    In the first part, SAM is successfully grafted the surface of ZnO using hydrolysis to reduce the electron injection barrier. Besides, the effect of ZnO crystallinity using annealing process on electron injection ability is further studied. When increasing annealing temperature of zinc oxide, the intensity of crystallinity as well as grain size increases, which results in enhancement of electron mobility. On the contrary, the decrease of hydroxide groups on ZnO surface inhibits SAM formation, which obstructs the establishment of dipole moment. The optimization of annealing temperature can be debated by considering both effects.
    In the secondary section, the ZnO substrates are modified by various quats and further assembled in inverted PLED. The device performance shows a dramatic enhancement after quats modification. By UPS analysis and Fowler-Nordheim model calculation, electron injection barrier between EL and ZnO is indeed decreased. Besides, the effect of length of alkyl chain on electron injection ability is studied.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 符號與縮寫 XI 第一章 序論 1 1-1 有機電激發光元件簡介 1 1-1-1 前言 1 1-1-2 有機電激發光元件起源及其發展現況 2 1-1-3 OLED與PLED的材料與特性比較 4 1-1-4 O/PLED電激發光的機制與原理 7 1-1-5 有機電激發光元件結構 11 1-1-6 修飾層之特性與分類 12 1-2 金屬氧化物修飾層簡介 14 1-2-1 金屬氧化物修飾層的特性 14 1-2-2 金屬氧化物修飾層的製程技術 15 1-2-3 氧化鋅於光電元件之應用 16 1-3 偶極效應於表面修飾之簡介 18 1-3-1 偶極表面修飾的原理 18 1-3-2 自我組裝單分子層技術 18 1-3-3 新穎鹽類奈米層技術 19 1-4 研究動機與大綱 21 第二章 氧化鋅物性變化於電子注入能力之研究 32 2-1 前言 32 2-2 實驗部分 34 2-2-1藥品來源 34 2-2-2 分析儀器 34 2-2-3 元件組裝 36 2-3 結果與討論 41 2-3-1 氧化鋅之物性分析 41 2-3-2 不同退火溫度的氧化鋅之元件分析 43 2-4 結論 49 第三章 四級胺鹽作為電子注入層於氧化鋅的表面修飾應用 66 3-1 前言 66 3-2 實驗部分 68 3-2-1藥品來源 68 3-2-2 分析儀器 68 3-2-3 元件組裝 69 3-3 結果與討論 72 3-3-1 四級胺鹽表面修飾之分析 72 3-3-2 四級胺鹽鏈長影響之元件探討 73 3-4 結論 75 第四章 總結與建議 85 4-1 總結 85 4-2 未來工作建議 86 參考文獻 88   圖目錄 圖1- 1. 第一個OLED/PLED元件結構圖 22 圖1- 2. 發光元件的效能演進圖 22 圖1- 3. (a)OLED產品,(b)PLED產品 23 圖1- 4. 常見的有機發光高分子 24 圖1- 5. (a)傳統真空熱蒸鍍腔體示意圖 (b)ULVAC公司線性蒸鍍源與構造 25 圖1- 6. (a)Ink-jet printing技術示意圖 (b)墨滴錯位 (c)膜厚不均 26 圖1- 7. 有機電激發光機制 27 圖1- 8. PLED能階示意圖 28 圖1- 9. 元件結構圖 (a)正規式元件 (b)反轉式元件 29 圖1- 10. SAM分子所造成總偶極效應與偶極效應於不同接觸面 (a)自由表面或有機層; (b)金屬。 29 圖1- 11. (a)不同極性方向的SAM修飾表面之偶極效應 (b)碳酸銫修飾表面之偶極效應 30 圖2- 1. (a)前驅物醋酸鋅之化學結構式;(b) 自組裝單分子層材料之化學結構式;(c)有機發光高分子之化學結構式 50 圖2- 2. 元件製作流程圖 51 圖2- 3. 元件結構與能階圖 52 圖2- 4. 自我組裝單分子層鍵結機制 53 圖2- 5. 氧化鋅之熱重分析圖 54 圖2- 6. 氧化鋅之SEM圖(a)150℃ 1000倍 (b)150℃ 150000倍 (c)300℃ 1000倍 (d)300℃ 150000倍 (e)450℃ 1000倍 (f)450℃ 150000倍。 55 圖2- 7. 不同退火溫度的氧化鋅之XRD圖 56 圖2- 8. 不同退火溫度下氧化鋅之原子力顯微鏡圖 (a)150℃(b)300℃ (c)450℃ 57 圖2- 9. 有無經過自我組裝單分子層修飾的氧化鋅之氮元素XPS分析圖 58 圖2- 10. 有無單分子層修飾的氧化鋅應用於反轉式元件之電性圖 (a)IV圖 (b)LV圖 59 圖2- 11. 氧化鋅應用於反轉式元件之元件電性圖 (a)IV圖(b)LV圖(c)QE圖 61 圖2- 12. 氧化鋅應用於單載子元件之電性圖 (a)線性圖 (b)log圖 62 圖2- 13. 不同退火溫度下氧化鋅之氧元素X光光電子能譜 (a)150℃(b)300℃ (c)450℃ 63 圖2- 14. (a)有無經過SAM修飾之氧化鋅表面之UPS分析圖 (b)cut-off處放大圖 64 圖3- 1. 不同鏈長的四級胺鹽之化學結構式 76 圖3- 2. 元件製作流程圖 77 圖3- 3. 元件結構與能階圖 78 圖3- 4. 有無四級胺鹽修飾對元件效能的影響 (a)IV圖 (b)LV圖 79 圖3- 5. (a)有無經過四級胺鹽修飾之氧化鋅表面之UPS分析圖 (b)cut-off處放大圖 80 圖3- 6. 不同鏈長的四級胺鹽修飾對元件效能的影響 (a)IV圖 (b)LV圖 (c)QE圖 82 圖3- 7. 不同鏈長的四級胺鹽之單載子元件電性圖 83 圖3- 8. 不同鏈長的四級胺鹽的表面結構 (a)C2TAB (b) C4TAB (c) C6TAB (d) C8TAB 84

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    下載圖示 校內:2013-07-22公開
    校外:2013-07-22公開
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