一、 緒論
1.3 元件壽命影響之因子
現今限制 OLED 發展的主要因素，除了製程良率不高尚需改善，另一 個則是元件的操作壽命的加強，目前 OLED 面板主要使用在如手機、MP4 player 這類非長時間使用、短時間內因有新型產品問市就可能更換的電子商 品，而操作壽命的加強，能幫助 OLED 朝大尺寸裝置如電視這類人們會長 時間使用且不常更換的產品上推廣。影響元件壽命的因子很多，例如元件 的封裝、基板的污染、可移動的離子雜質等，其中有些影響因子是可以透 過元件結構改善而能避免的。
1.3.1
接面產生的載子累積多層式結構會產生接面能障造成載子累積，而載子累積雖能增加電子、
電洞的再結合率，卻也會影響元件的操作壽命。Chihaya Adachi 等人分別使 用 14 種具不同 HOMO 能階的電洞傳輸材料製成元件，比較元件亮度的衰 減程度與材料之 HOMO 能階、玻璃轉移溫度(glass transition temperature, T
g
) 及材料熔點與元件操作壽命之關聯，如圖 1-6，當陽極與電洞傳輸層之間的 能障越低，元件亮度經過十小時連續點亮後所產生衰減的幅度越低，而材 料熔點及玻璃轉移溫度似乎無關。因此，他們提出陽極/電洞傳輸層接面間 能障越大，使得電洞累積，在接面間將會產生大量的焦耳熱，可能會使得 電洞傳輸層的非晶薄膜產生結晶化或是分子堆疊，造成電洞陷阱(Hole traps) 或影響電洞注入，同時在靠近電洞傳輸層的發光層接面上，因電洞傳輸層傳遞電子的能力不佳，將會產生電子累積，而在元件內形成電容，並且電 子與激發子可能在發光層內產生相互干擾，使得能量以非輻射路途釋放，
造成元件亮度隨時間操作而降低
[9]
。而 Kondakov 等人觀察元件經由通電老 化所造成的正電荷累積現象，也發現元件內部正電荷累積和元件亮度衰退 確實是有相當關聯的[10]
。(a) (b)
(c)
圖 1- 6、(a)熔點與亮度衰減之關係(b) 玻璃轉移溫度與亮度衰減之關係(c) HOMO 能階與亮度衰減之關係
1.3.2
陽離子的焠熄效應發光層不平衡的電子-電洞數也可能造成元件產生消光離子，降低元件 效率。Hany Aziz 等人在雙層電洞傳輸層 NPB 間插入 5 nm 之常用電子傳輸 材料 Alq
3
作為發光層，元件結構如圖 1-7，在定電流下長時間趨動元件，因 NPB 的傳輸電洞的特性，使插入之 Alq3
發光層擁有過多之電洞，造成電子 -電洞數不平衡，並觀察元件的光激發光(Photoluminescence, PL)效率，他們 發現元件的 PL 光譜強度隨著電流趨動時間增加而逐漸下降，如圖 1-8，認 為 Alq3
發光層因電洞數目過多，形成 Alq3 +
陽離子造成消光，並使用高功函 數的 Ag 代替 Mg-Ag 陰極，使得陰極與電子傳輸層之間的能障增加，造成 電子更不易注入到發光層，加強載子不平衡的現象，發現元件 PL 光譜在相 同時間的電流操作後，比起 Mg-Ag 陰極元件，消光現象更為明顯，而他們 將 NPB 改以電子傳輸材料替代，則不會出現 PL 光譜強度下降的問題，並 提出使用電洞注入材料 CuPc 等方法影響電洞注入，使發光層的電子-電洞 數平衡而延長元件的操作壽命，亦是減少 Alq3 +
陽離子形成所造成的[11]
。此 外，也有文獻指出常用的電洞傳輸材料 NPB 之 NPB+
陽離子，也會造成藍 光的消光[12]
。
圖 1- 7、元件結構圖
圖 1- 8、元件 PL 光譜 (a)未電流趨動 (b)電流趨動 10 小時後 (c)電流趨動 50 小時後 (d)未插加入 5 nm 的 Alq
3
發光層 (e)陰極由 Mg-Ag 電極改由 Ag電極，並經電流趨動 50 小時
1.3.3
再結合區的大小Sean W. Culligan 等人利用不同元件結構，配合使用具相同 HOMO 能階 之 ADN、ANF 及 ADF 三種材料為發光層之主發光體，發現不論元件結構 為何，元件壽命之順序皆為: ADN > ANF > ADF，操作電壓及效率大小皆為:
ADN < ANF < ADF，由於這三種主發光體材料之 HOMO 能階相同，所以電 洞由 NPB 注入發光層之能障是相同的，而材料之電洞遷移率順序為: ADN (μ
h
= 3.1×10–4
cm2
V−1
s−1
) > ANF (μh
= 8.9×10–5
cm2
V−1
s−1
) > ADF (μh
= 3.6×10–
5
cm2
V−1
s−1
)，作者認為因 ADF 之電洞遷移率低，造成再結合區侷限於 HTL/EML 接面上及操作電壓最大，並因接面載子濃度高而有較高的元件效 率;而 ADN 之電洞遷移率較高，使得 ADN 元件之操作電壓最低，並且再結 合區域不再侷限於接界而延長到發光層內，造成元件有較佳的操作壽命，但也因此犧牲了元件效率