最初的有機電激發光元件是以玻璃當做基板，與現有的平面發光或顯示技術比 較，在外觀上似乎感覺不到差異。西元 1992 年時，Gustafsson 等人首次發表利用 poly(ethylene terephthalate)(簡稱 PET)當做可撓曲式的基板，再搭配可導電高分子，製 作出第一個以高分子為主體的可撓曲式有機電激發光元件[45]，此元件的量子效率約 1%。此後讓人們開始瞭解到有機電激發光技術的特別之處，可撓曲式顯示器一直是人 們夢想中會出現的產品，有機電激發光技術似乎可以完成這個夢想。之後，在 1997 年時，Gu 等人則將小分子材料應用在元件中，取代原本高分子所扮演的角色，成功 地製作出可撓曲式的小分子有機電激發光元件[46]。
「可撓曲式有機發光二極體」(Flexible OLED)是歐、美、日等國先進的實驗室目 前最熱門的研究課題之一。利用有機材料本身具有良好的可撓曲性，較容易製作在質 量輕、體積小的塑膠基板上，具有未來攜帶型平面顯示器所需「輕、薄、小、彩、省(電)、
美、多(功能)」的特性，且符合未來 3C、 3G、無線寬頻、藍芽等高度資訊化及知識 經濟時代的需求，一直是眾所期待的尖端技術。
製作一個耐撞撃、不易破碎、輕薄、便於攜帶的可撓曲式顯示器，讓人們可以隨 時將顯示器捲起來放入口袋，或是可以穿戴在身上，是一個美好的理想。而要完成這 個目標則需要從整體考量，如果不考慮驅動電路設計方面的問題，單單就可撓曲式元 件的製作方面來看，就要考慮如基板材質的選擇、水氧阻絶層的水氧阻絶能力、導電 陽極的平整度與導電度、陽極的圖案化製程、元件製作後的效率與顏色、還有元件完 成之後的封裝效果好壞、最終是元件壽命的長短及可以承受的機械應力如撓曲程度及 次數等。
可撓曲式基板中最基礎的研究，就是基板端陽極的改善。而可撓曲式有機電激發 光元件與傳統的玻璃有機電激發光元件的主要差別就在使用的基板不同，所以在可撓 曲式基板鍍上導電陽極，結果也會不同。導電陽極的平整度與電阻率會影響元件的穩
定度及元件效率，所以表面粗糙度要小( < 1 nm )且電阻率要低( <5×10-4 Ωcm)，傳統在 玻璃上濺鍍ITO 時，大多採高溫的製程，而此製程並不適合應用在以塑膠材質為基板 的可撓曲式元件。因為塑膠的玻璃轉移溫度皆不高，所以如何在低溫的條件下，根據 不同的基板，製作出導電性及平整度皆不錯的導電陽極，是一個重要的課題。近年來 由於銦（Indium）的資源缺乏，以有機導電膜材料（如 Baytron® PH500）取代 ITO，
也越來越受到重視。2008 年 P. A. Levermore 等人在 SID 上發表了應用 Vapour phase polymerization poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) (VPP-PEDOT) 旋轉塗佈在塑膠基板當 作陽極[47]，但不論是電壓或元件效率與 ITO 或 VPP-PEDOT 塗佈在玻璃基板相比都 來的差，歸因於電極的接觸及使用電子注入層較差的LiF，其白光(0.30, 0.26)在 100 nits 下電壓為8.4 V，發光效率 0.9 cd/A。而在 2009 年，由 AGFA 材料、飛利浦研究群和 Holst Centre 公 司 也 研 發 出 使 用 透 明 導 電 聚 合 物 OrgaconTM EL-350 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)–poly(styrenesulfonate), PEDOT/PSS-based) 噴 墨 在 金 屬或塑膠基板上替代成本較高的ITO 當作陽極，製作出第一個完全沒有 ITO 的 12×12 cm2可撓式白光(圖 1-12)，不但符合未來可撓顯示器的概念，也可使得製作成本降低，
並預計OLED 白光照明將會在 2011 年衝擊整個消費市場。[48]
圖1-12 利用 OrgaconTM製作的大面積OLED 照明
如果從光學性質來比較玻璃與塑膠基板，因玻璃基板的折射係數（n = 1.52）和發 光層折射係數相比較小，故光容易被侷限在元件裡頭，若將玻璃替換成塑膠基板（n =
1.65），則能減少 46%光學損失，而元件的效率則能提高 10~20%。A. Mikami 等人在 塑膠基板上混合紅光（Nile-red）及藍光（TPB）發光層得到白光，但使用單一主發光 體（PVK）所得到白光效率 EQE 在 100 nits 下只有 2%，其原因是在於紅光的效率太 低，解決方法是使用Rubrene 當作發光輔助摻雜物（Emitter assist dopant），將紅光效 率提高（圖1-13）。而重新得到白光的 EQE 提高到 4%，CIEx,y 色座標為(0.33, 0.33)。
[49]
圖1-13 摻入不同濃度的輔助摻雜物 Rubrene 來提升白光效率
以塑膠為基板的OLED 元件有下列優點，重量輕、耐久、可適應不同使用情況、
可以使用低成本的Roll-to-roll(R2R)製造技術。ITO/PET 基板使用在 LCD 已有很長的 一段時間，由於取得容易，最常被當做可撓曲式有機電激發光元件的基板。在 1992 年時，Gustafsson 等人首次發表可撓曲式高分子電激發光元件時，即使用此基板。1997 年時，Gu 等人製作的可撓曲式小分子有機電激發光元件同樣使用 PET 基板。Noda 等 人在 2003 年發表了以 R2R 製程製作 ITO/PET[50]，其設備如圖 1-14，這種製作方式 可以大量生產ITO/PET 基板，降低成本。
圖1-14 捲軸式濺鍍設備
PES 基板的 Tg＞200℃，比 PET 基板的 150℃還高，可以承受較高的製程溫度，
在基板上濺鍍ITO 或其他水氧阻絶層時，基板較不易受熱變形而產生不良的影響，因 此適合拿來當做可撓曲式有機電激發光元件的基板。Park 等人在 2001 年發表以射頻 磁控濺鍍的方式在180 μm 的 PES 基板上濺鍍 100 nm 的 ITO 薄膜[51]，藉由減少基板 在製作時的張力及熱膨脹，可以在PES 基板上得到沒有裂痕的 ITO 薄膜。
DuPont display 的 Innocenzo 等人在 SID 2003 發表了可應用在可撓曲式顯示器的 PEN 塑膠基板相關研究[52]。此篇文獻中的 PEN 在加入具有平滑作用的塗佈層之後，
最大的突出缺陷不會高於0.02 μm，基板在可見光區的穿透度大於 80 %，熱穩定性比 PET 好，非常適合當作可撓曲式顯示器的基板。其他如 PC 基板則透光度較差且撓曲 度有限，並不適合拿來當做下發光元件的基板。基於塑膠基板防止水氧穿透的能力不 佳，Auch 等人在 2002 年發表超薄玻璃基板 (50 μm~200 μm)[53]，在基板上旋轉塗佈 一層2~5 μm 的環己酮 (Cyclohexanone)，接著在 225℃烘烤一小時聚合，增加超薄玻 璃的撓曲性。表四是這三種可撓曲式基板的比較，可發現以高分子塗佈的超薄玻璃，
兼具了撓曲性和抗水氧穿透的優點。在 2004 年美國西雅圖所舉辦的 SID 研討會中，
Lee 等人更發表了以紙為基板的 FOLED，他們在紙基板上塗佈一層 Parylene，再鍍上 鎳為陽極。但是元件在100 mA/cm2 的電流密度下，操作電壓為 19.5 V，而亮度才 342
表四 可撓曲式基板比較圖
另一個可以使用的基板種類就是金屬基板[55,56,57]，不但具有撓曲性且防止水氧 滲透的能力比塑膠佳，最重要的是可以承受較高的製程溫度，典型製作多晶矽TFT 的 溫度約在300℃以上，無法製作在塑膠基板上，但金屬基板如不銹鋼(Stainless steel, SS) 的熔點在1400℃左右，可以容忍的製程溫度高達 900℃。只是由於金屬不透光的特性，
只能用來製作上發光元件。2006 年 SID 研討會中，Samsung SDI 和 UDC 即發表了在 不銹鋼基板上製作LTPS-TFT 的主動面板[58]，Samsung SDI 開發出一種表面平整技術 可使得不銹鋼基板RMS 粗糙度從 81.4 nm 降低到 3.3 nm，表五列出近年來在 SS 基板 上不同平坦化的方法，可知目前SS 基板粗糙度可做到 1~2 nm 的水準。
表五 SS 基板不同平坦化的方法
Ref. Organization Method Roughness(nm) Year [59] Seoul National University Benzocyclobutene (BCB) 1.20±0.40 2007 [60] Seoul National University Polymer/Silicon nitride 5.00 2007 [61] UDC Organic planarization 1.00 2007 [62] Hong Kong University Electrical-chemicall polished 1.93 2008 [63] Arizona State University PTS-E(Interlayer dielectric) 2.02 2008
Samsung SDI (SID 06) UDC (SID 06)
Pioneer (SID 03) NHK (IDW 06)
Samsung SDI (SID 06) UDC (SID 06)
Pioneer (SID 03) NHK (IDW 06)
而UDC 的特點在於他們使用了 Vitex Systems 的薄膜封裝技術，但由圖 1-15 可以 發現，與被動面板相比，所試製出的主動面板還是有許多缺陷。可撓曲基板主要的問 題除了製程溫度外，尺寸安定度與各層間的應力才是關鍵的地方，上述的文獻中鮮少 對於此問題進行研究，尤其是主動面板各層不同材料眾多，如果各層間的應力無法消 除，基板會產生翹曲，而且在彎折測試後是否會產生薄膜剝離、龜裂等問題都尚待釐 清，因此主動可撓曲顯示技術還有許多進步的空間。而在 2008 年 SID 中 N. Yamada 提出利用Sol-gel 方法塗佈在 SS 基板上，可得到極高的絕緣效果(1×109 Ωcm2)[64]。
圖1-15 (a) 66 dpi, 5.6英吋 AMOLED (b) 100 dpi, 4英吋 AMOLED (c) 160 (RBG) × 120, 3英吋 PMOLED (d) 128 (RGB) × 72, 5英吋 PMOLED
發展新的基板製程技術R2R 是為了因應軟性產品時代來臨，其原理是以滾筒在可 撓性基材上，以連續性滾壓複製的方式生產大面積的元件(圖 1-16)，GE 在 2008 年 Global Research Center 發表第一個採用 R2R 的連續式量產 OLED 元件的設備所生產的 長條形 OLED Lighting，此種量產方式類似列印報紙的製程，具有快速、連續式、大 面積、低成本的生產優勢，並與ECD 和 NIST 合作，共同開發出此一卷對卷量產 OLED Light 的設備，預計在 2010 年可以順利生產出低成本的 OLED Light 產品。（圖 1-17）
圖1-16 未來 R2R 生產技術
圖1-17 GE 發表世界第一個 ”R2R” OLED 照明製程設備
貳、研究動機
隨著數位時代的來臨，平面顯示器市場蓬勃發展下，帶動主動式平面液晶顯示器 的需求急劇成長，如家用電視、攜帶式資訊產品、筆記型電腦、數位相機等許多的應 用如雨後春筍般的出現帶給人們更便利的生活，因此許多新穎的製作技術與薄膜電晶 體的相關研究已經備受矚目。
在 主 動 式 OLED(Active Matrix OLEDs) 發 光 元 件 是 由 薄 膜 電 晶 體 (Thin film transistor, TFT)來控制。因此如果光是以下發光的形式放光，光經過基板時勢必會被建 立在基板上的TFT 和金屬線電路所擋住，所以實際發光的面積就會受到限制，縮減可 以發光面積所佔的比率也就是所謂的開口率(Aperture ratio)。尤其現今許多公司及研究 單位為了改善因畫素間的差異性，所導致的顯示器畫面品質不均勻問題，紛紛提出用 電路補償方式的畫素結構，一般其畫素結構內是採2 顆以上的電晶體來加以改善上述 之變異，如果是以下發光的面板結構，則光透過的面積將更小，所造成的問題將更嚴 重。但相對於上發光元件而言，光不是經過基板而是從另一邊發光，因此不會受到TFT 和金屬線的遮擋，所以TFT 的數量都不是問題。
與傳統OLED 的效率相比，TOLED 因有微共振腔效應(Microcavity)而擁有更高的
與傳統OLED 的效率相比，TOLED 因有微共振腔效應(Microcavity)而擁有更高的