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有機小分子發光元件(OLED)

小分子有機電激發光顯示技術起源於 1963 年 Pope 等人將高壓電流外

加於anthracene 分子之單晶所產生之發光現象1。到了1987 年,Kodak 實 驗室發表以真空蒸鍍方式製成雙層式有機電激發光二極體元件 2, 其分別 利用一具傳輸電洞能力(diamine)與一具傳電子能力(Alq3)之有機材料,有效 降低電洞與電子由電極注入至有機材料之能障,並使得電子與電洞能夠侷 限在電子傳輸層與電洞傳輸層之界面再結合,因此大幅改善元件之物理特 性,如:操作電壓僅需10 V、大於 1% 之發光量子效率、增加元件穩定性

等。這項重大的發現,開啟了全世界對 OLED 之研究風潮。小分子系統目 前仍是以美國Kodak 公司為首。

一般OLED有機電激發光的原理如圖1所示,當對元件施加一正向偏壓 時,電洞由陽極注入,電子由陰極注入,分別經過電洞傳輸層(hole transport material)與電子傳輸層(electron transport material)後在兩層的介面再結合,形 成光激子(exciton),光激子是一種具有高能量且不穩定的粒子,會迅速由激 發態回到基態,並將其落差能量以光或熱的形式釋放出來,而達到發光的 功能。其發出的光色是由激發態到基態的能階差所決定的,不同的發光材 料會有不同的能階差,因而利用不同的原料,可以達到不同波長的發光元 件的產生。

圖 1. OLED 放光機制

而隨著 OLED 技術的成熟與進步,最常見的元件結構則是在電洞傳輸 層(hole transport material)與電子傳輸層(electron transport material)之間加入 一層發光層,如圖 2 所示,使得電子與電洞在發光層再結合,藉此來調控

元件的光色。

圖2. 三層結構的 OLED 元件

此 外 , 1989 年 , C. W. Tang 等 人 又 提 出 一 主 - 客 摻 雜 發 光 系 統

3(guest-host doped emitter system),其以少量摻雜的方式將具有高發光量子 效率之客發光體材料摻雜於主發光體中,藉由主-客發光體間非輻射能量轉 移的方式,如:Förster energy transfer或Dexter energy transfer,激發具有高 發光量子效率之客發光體材料。因此,可藉由不同之客發光體材料調節出 紅、藍和綠三種主要發光元素且有效大幅提升元件之發光效率;另外,可 降低螢光物質非輻射緩解(non-radiative relaxation)的機率,進而提升元件之 操作穩定性4。此主-客摻雜發光系統之發展,使OLED 技術更具顯示器應用 價值,且有助於之後磷光電激發光系統的發展。

自90 年代以來,OLED 已引起包括學術界及產業界的矚目,嚴然已將 它視為未來顯示器的代名詞。而近年來,由於在元件製作、封裝技術及材 料的研發各方面長足的發展,使得國內外各研發機構和各家大廠陸續投入 這方面的研究開發與生產,在在皆證明了其在顯示器市場上的競爭能力和 潛力,尤其是自1997 年後日本 Pioneer 先將 OLED 應用於汽車音響面板上,

隨後再與 Motorola 合作將產品應用於手機面板上,證明其應用於可攜式電 子資訊產品的可行性。