有機電激發光二極體簡介

的陰極射線管（cathode ray tube, CRT）顯示技術由於其龐大的體積不符合 空間利用原則的顯示器，正逐漸被新世代具有較小體積優勢如電漿顯示器

（plasma display panel, PDP）及液晶顯示器（liquid crystal display, LCD）所 取代，這些變更也說明了日後顯示器一定會朝向輕、薄、方便攜帶等特點

正因為如此，有機發光二極體(organic light-emitting diodes, OLED)，且 為自發光，製程方式為熱蒸鍍，與 LED 的磊晶方式相比較為簡單且應用性 高，有著這些強而有力的優點，是目前全世界都在極力研發的產品。

1.2. 有機電激發光二極體簡介

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OLED 最早為 1963 年美國 Pope 教授所發表^[1]，當時他以約 400 伏特的 偏壓，施加於 Anthracene 晶體上觀察到發光的現象，不過因為操作電壓太 高及亮度太低的問題，使得這項發現在當時並未受到重視。1987 年，Kodak 實驗室的 C. W. Tang 及 S. A. VanSlyke 發表以真空蒸鍍製程雙層式的元件結 構^[2](如圖 1.1 所示)，可使得電子與電洞能夠侷限在電子傳輸層與電洞傳輸 層的界面再結合，大幅提昇元件的性能，如：元件穩定性增加、低操作電 壓、好的內部量子效率等，爾後也有相當多的人投入 OLED 研究，包括高 分子發光二極體(Poly light-emitting diodes, PLED)，使用旋轉塗佈(spin coating)的方式^[3]，提高有機材料的利用率，有助於降低成本，也因為這些 潛力，有機電激發光二極體才被受注目。

圖 1. 1 雙層式元件結構圖

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OLED 的應用非常廣泛，除了硬質的玻璃基板外，可撓曲式(flexible) 的基板也是目前最熱門的研究題目之一^[4]，SONY 更在 SID 2010 發表可捲 曲的 OLED 搭配 OTFT 顯示器^[5]，且 OLED 為自發光的特性並可與 TFT 結 合成為一個個的畫素開關，不需透過液晶或濾光片來分光，更加有利於發 展體積小、輕便、甚至是可攜式顯示器^[6]。另一方面，因為 OLED 製程上 的特性，可以製作大面積的面光源，無需其他導光板的燈具，是目前其他 光源做不到的，所以有機會往應用照明燈具的方向發展；從圖 1.2 可了解 OLED 顯示器從較早的單色光小尺寸顯示器到 SONY 推出的 11 吋電視，以 及完整顯現出 OLED 優勢的 Flexible 顯示器，這個演進代表著 OLED 正逐 漸的展現其優勢，踏入顯示器的市場，目前主要的應用產品還是集中於中 小尺寸電視、手機面板、像機等較小尺寸的顯示器商品，但韓國 LG 公司也 表示，預計 2012 年將會發表大尺寸的電視產品，並且成本有機會下降 50%。

圖 1. 2 (a) 創見 MP3 (b) SONY 11-inch OLED TV (c) SONY rollable OLED。

(a) (b) (C)

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OLED 發光的原理是在元件外加上一正向偏壓，使電洞電子分別於陽 極與陰極注入元件內部，然後經過電洞傳輸層(Hole Transport Layer， HTL) 與電子傳輸層(Electron Transport Layer， ETL)，進入一具有發光特性的有 機物質，電子電洞在此物質內產生再結合(recombination)的現象，形成激 發子(Exciton)，利用發光材料的特性，將能量以光的形式從高能量的激發 態回到基態(Ground State)。如圖 1.3 所示，其中激發子會因為分子內依機率 分成 25% 單重激發態(singlet)的自旋反對稱(spin anti-symmetry)或 75% 三 重激發態(triplet)的自旋對稱(spin symmetry)激發子，再由這些激發態以放光 的形式釋放能量回到基態，由於所選擇的發光材料能隙(band gap)不同，可 使 25%單重態激發子的能量以不同光色的形式釋放出來。三重激發態在常 溫故態下會以熱振盪的方式降回基態，因此我們無法觀察到放光現象，原 因是因為三重態激發子的生命周期(life time)都大於 1 μsec，所以激發子有 時間產生震盪、旋轉、碰撞方式來是放熱能回到基態，所以想要看到磷光 發光就必頇要讓發光材料物值降溫到液態氮的程度(< 77 K)才有機會看到 有機化合物的磷光。

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圖 1. 3 有機電激發光的機制，從電子與電洞的結合到單重態或三重態激發 子的放光或非輻射蛻變現象^[7]

1998 年，美國的 Baldo 等人研究出以銥金屬錯合物(Iridium Complex) 如 Ir(ppy)3 製程的磷光 OLED 元件^[8]，靠著大分子產生重原子效應(heavy atom effect)的原理有助於自旋軌域耦合作用(spin-orbital coupling)，便可以部 份不遵守選擇定律(selection rule)的限制，讓三重態能量接近單重態能量，

產生內部能量轉換(intersystem crossing, ISC)，達到在三重態能階的激發子 也能以放光的形式掉回基態。為了減少三重態激發子的生命周期，使其不 會產生三重態-三重態相互毀滅效應(triplet-triplet annihilation)減少三重態激 發子的數量，可以把原先三重態中流失的能量補救回來，將 OLED 元件的 發光效率大幅提昇，是近來 OLED 技術開發上的一大突破。

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