有機電激發光二極體之簡介

最早的有機電激發光現象可追溯至 1963 年，美國 Pope 教授以約 400 伏特之偏壓施加於 anthracence 單晶上而觀察到發光現象

^[1]

，但過高之操作 電壓及亮度過低，使得有機電激發光無應用價值而不受重視。直至 1987 年，

美國柯達實驗室(Kodak)的 C. W. Tang 及 S. A. VanSlyke 等人利用真空熱蒸鍍 方式將一具傳輸電洞能力(diamine)及一具傳輸電子能力(Alq

₃

)之有機材料，

製成雙層式有機發光元件(如圖 1-1(a))，有效的將電洞與電子侷限至電洞傳 輸層及電子傳輸層接面再結合，在低於十伏特的操作電壓下，達到 1%的外 部量子效率且大於 1000 cd/m

²

的亮度

^[2]

，而 1989 年，C. W. Tang 等人又提 出利用主-客摻雜系統(Guest-host system)，進一步將外部量子效率大幅提昇 外，並成功的製作出藍綠至橘紅色等"不同"顏色的元件(如圖 1-1(b))

^[3]

。由 於這二項重要的發明，使得 OLED 在元件穩定性、發光效率、顏色調變上，

更進一步接近實際應用，如今多層式結構及主-客摻雜系統己成為主流。至 1990 年，英國劍橋 J. H. Burroughes 等人利用旋轉塗佈方式(Spin coating)將 共軛高分子 PPV

[

poly(p-phenylene vinylene)]成膜於二個電極之間，製作成 第一個高分子有機發光二極體(Polymer light-emitting diode, PLED)

^[4]

，對有 機發光二極體的發展，亦起了推波助瀾之效。

(a) (b)

圖 1- 1、(a)C. W. Tang 等人所提出之低壓雙層 OLED 元件;(b)主-客摻雜系統 之電激發光光譜(1)未摻雜(Alq

3

) (2)C540/Alq

3

, and (3)DCM1/Alq

3

.

現今 OLED 多為多層式結構(如圖 1-2)，其發光原光原理為使用一正向 外加偏壓，使電洞及電子分別經由電洞注入層(Hole injection layer, HIL)、電 洞傳輸層(Hole transport layer, HTL)及電子注入層(Electron injection layer, EIL)、電子傳輸層(Electron transport layer, ETL)，進入至一具有主-客摻雜系 統 之 發 光 層 (Emitting layer, EML) 內 ， 電 子 電 洞 在 此 產 生 再 結 合 (recombination)，形成激發子(Exciton)，並由高能量的激發態(Excited state) 回到基態(Ground state)，將能量以光的形式放出。由於當電子、電洞再結合 後，因電子自旋的特性，產生二種激發子。分別為因自旋反對稱(Spin anti-symmetry) 而 佔 25% 的 單 重 態 激 發 子 (Singlet) ， 及 因 自 旋 對 稱 (Spin symmetry)佔 75%的三重態激發子(Triplet)，如圖 1-3。由於三重態激發子回 到基態的過程，違反了「鮑利不相容原理」(Pauli Exclusion Principle)，而在

常溫下無法順利回到基態，使能量依非放光途徑釋放而損失。直至 1998 年，

美國普林斯頓大學的 Baldo 和 Forrest 教授等人研究出，透過具有重金屬原 子的有機金屬錯合物，依重原子效應(Heavy atom effect)產生自旋軌域偶合 作用(Spin-orbital coupling)，使得三重態激發子也能在常溫下以光的形式回 到基態

^[5]

，使 OLED 的內部量子效率(Internal quantum efficiency)能達到 100%

的使用。

圖 1- 2、多層式有機發光二極體元件結構示意圖

Cathode

EIL ETL EML HTL HIL ITO Anode

Glass Substrate

圖 1- 3、電子、電洞再結合所產生的激發態

^[6]

目前 AMOLED 面板已開始步入了量產，而輕巧的可撓曲式 OLED 面 板及 OLED 白光照明，亦是 OLED 所要發展的重要方向。許多顯示技術無 法製作可撓曲面板，而 OLED 正能滿足人們的需要，從 1992 年 Gustafsson 等人首次發表利用 PET 基板所製作的高分子有機可撓曲元件

^[7]

，1997 年，

Gu 等人也成功的製作出可撓曲的小分子有機元件

^[8]

，至 2010 年，Sony 甚 至發表了捲曲式(rollable)OLED 面板，這是別的顯示技術所難以想像的，如 圖 1-4，未來軟性 OLED 面板甚至能利用 Roll-to-Roll 製程製作，使生產成 本更能大幅下降。

圖 1- 4、Sony 在 SID 2010 所發表的〝Rollable OLED〞面板

OLED 也擁有製作高效率且高演色性白光照明光源的潛力，不同於無 機發二極體(LED)之點光源，OLED 為面光源，二者可分別在不同領域使用，

如圖 1-5，並且 OLED 不含有紫外光的波長和金屬汞，對人體及環境皆不具 傷害，未來可望和 LED 共同成為主流照明光源。

圖 1- 5、OLED 與 LED 照明應用範圍的區別

在文檔中 摻雜型漸進式發光層於有機發光二極體之研究 (頁 14-19)