有机电致发光器件

有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Device，OLED)

有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Device，OLED)是当今光电显示领域里研究的热点。与以往的显示技术相比，OLED具有很多优异的性能，如宽视角、快的响应速度、轻而薄、高亮度、高效率和主动发光。在过去的十年中，关于有机发光二极管特性的研究已经取得了卓越的成就，但是对于影响其稳定性的因素和老化机制等方面仍缺乏深层次的认识。所以如何提高器件的性能特别是稳定性就成了近年来在OLED研究的重点问题。

OLED的稳定性跟很多因素有关，如器件结构，有机材料，电极材料，工艺条件，驱动模式等。全球诸多机构针对这几个方面都在进行相关的探索。近来，人们越来越意识到驱动模式在影响OLED性能方面的重要性。OLED驱动方式多种多样，就驱动电压的极性来分有直流驱动和交流驱动。目前几乎全部都采用直流方式，但交流驱动较直流驱动有着许多优势。

有机发光显示屏

OLED的原理
    OLED组件系由n型有机材料、p型有机材料、阴极金属及阳极金属所构成。电子(空穴)由阴极(阳极)注入，经过n型(p型)有机材料传导至发光层(一般为n型材料)，经由再结合而放光。一般而言，OLED元件制作的玻璃基板上先溅镀ITO作为阳极，再以真空热蒸镀之方式，依序镀上p型和n型有机材料，及低功函数之金属阴极。由於有机材料易与水气或氧气作用，产生暗点(Dark spot)而使元件不发亮。因此此元件於真空镀膜完毕後，必须於无水气及氧气之环境下进行封装工艺。
    在阴极金属与阳极ITO之间，目前广为应用的元件结构一般而言可分为5层。如图二所示，从靠近ITO侧依序为：空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层。就OLED组件演进历史中，1987年Kodak首次发表之OLED组件，系由两层有机材料所构成，分别为空穴传输层及电子传输层。其中空穴传输层为p型之有机材料，其特性为具有较高之空穴迁移率，且其最高占据之分子轨域(Highest occupied molecule orbital，HOMO)与ITO较接近，可使空穴由ITO注入有机层之能障降低。

图二：OLED结构图

    而至於电子传输层，系为n型之有机材料，其特性为具有较高之电子迁移率，当电子由电子传输层至空穴电子传输层介面时，由於电子传输层之最低非占据分子轨域(Lowest unoccupied molecule orbital，LUMO)较空穴传输层之LUMO高出甚多，电子不易跨越此一能障进入空穴传输层，遂被阻挡於此介面。此时空穴由空穴传输层传至介面附近与电子再结合而产生激子(Exciton)，而Exciton会以放光及非放光之形式进行能量释放。以一般萤光(Fluorescence)材料系统而言，由选择率(Selection rule)之计算仅得25%之电子空穴对系以放光之形式做再结合，其余75%之能量则以放热之形式散逸。近年来，正积极被开发磷光(Phosphorescence)材料成为新一代的OLED材料[2]，此类材料可打破选择率之限制，以提高内部量子效率至接近100%。
    在两层元件中，n型有机材料－即电子传输层－亦同时被当作发光层，其发光波长系由HOMO及LUMO之能量差所决定。然而，好的电子传输层－即电子迁移率高之材料－并不一定为放光效率佳之材料，因此目前一般之做法，系将高萤光度的有机色料，掺杂(Doped)於电子传输层中靠近空穴传输层之部分，又称为发光层[3]，其体积比约为1%至3%。掺杂技术开发系用於增强原材料之萤光量子吸收率的重点技术，一般所选择的材料为萤光量子吸收率高的染料(Dye)。由於有机染料之发展源自於1970至1980年代染料雷射，因此材料系统齐全，发光波长可涵盖整个可见光区。在OLED组件中掺杂之有机染料，能带较差，一般而言小於其宿主(Host)之能带，以利exciton由host至掺杂物(Dopant)之能量转移。然而，由於dopant能带较小，而在电性上系扮演陷阱(trap)之角色，因此，掺杂层太厚将会使驱动电压上升；但若太薄，则能量由host转移至dopant之比例将会变差，因此，此层厚度必须最佳化。
    阴极之金属材料，传统上系使用低功函数之金属材料(或合金)，如镁合金，以利电子由阴极注入至电子传输层，此外一种普遍之做法，系导入一层电子注入层，其构成为一极薄之低功函数金属卤化物或氧化物，如LiF或Li2O，此可大幅降低阴极与电子传输层之能障[4]，降低驱动电压。
    由於空穴传输层材料之HOMO值与ITO仍有差距，此外ITO阳极在长时间操作後，有可能释放出氧气，并破坏有机层产生暗点。故在ITO及空穴传输层之间，插入一空穴注入层，其HOMO值恰介於ITO及空穴传输层之间，有利於空穴注入OLED元件，且其薄膜之特性可阻隔ITO中之氧气进入OLED元件，以延长元件寿命。