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

簡介

Glass (n=1.5)

ITO 200 nm (n=1.8)

Organic (n=1.75)

Metal

傳統有機電發光二極體 (OLED) 加入光子晶體之 OLED

PC Layer

Glass (n=1.5)

SiNX 600 nm (n=1.95)ITO 200 nm (n=1.8)

Organic (n=1.75)

Metal

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。

單一方向波源模擬 ( 傳統 OLED 對 PC-OLED)

圖ㄧ傳統 OLED

Power:0.0358

Power:0.043

圖二週期 0.6 PC OLED

0.6um

光子晶體層的結構為正方形排列，週期 0.6um

三角型結構週期 0.6um 柱高 0.2um v.s 柱高 0.4um

0.6um

光子晶體層的結構三角形排列，週期為0.6um

圖四週期 0.6 長度 0.4μm PC OLED

Power:0.0641

圖三週期 0.6 長度 0.2μm PC OLED

Power:0.0496

週期 0.6um 直徑 0.4um 柱高 0.4um 正方形 v.s 三角形排列

0.6um

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

圖五週期 0.6 PC OLED

Power:0.0954

Power:0.153

圖六週期 0.6 PC OLED0.6um

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

應用 Dipole 模擬 ( 傳統 OLED 對 PC-OLED)

圖 A 傳統 OLED

Power:1.80

Power:2.73

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

應用 Dipole 模擬

圖 C 週期 1um 三角形排列 PC-OLED

Power:2.833

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

Power:2.825

圖 D 週期 0.8um 蜂巢狀排列 PC-OLED

0.8um

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

應用 Dipole 模擬

圖 E 兩層光子晶體之 OLED

Power:2.845

0.6um

0.6um

玻璃層光子晶體

SiNx/SiO2

Glass (n=1.5)

SiNX 600 nm (n=1.95)

ITO 200 nm (n=1.8)

Organic (n=1.75)

Metal

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。

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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。

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。

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 。

有機發光二極體的發光效率

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22

1

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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。

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 。

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。