有機電激發光元件之材料選擇

多層結構之有機電激發光元件，依各層結構的功能不同，在製作時需選擇不 同特性之材料，以一個標準元件的製作過程，主要可分為下列幾種：

(1)陽極

電極的選擇對發光元件來說，不僅是效率方面的提升，對於操作電壓的影響 也很大。發光元件之陽極大多選擇 ITO 玻璃基板[8]，ITO 導電薄膜是利用濺鍍 (sputtering)法[9,10]將 5~15 wt.%的 SnO2植入 In2O3薄膜中，厚度約在 40~200nm 之間，形成的薄膜穩定性佳，且具無色、高透明度、高導電度等特性。最新的發 展為以塑膠基板取代以往的玻璃基板，因此製成的元件重量較輕，且具有可撓曲 性，突破發光元件固有的印象，但礙於技術尚未成熟以及價格昂貴等問題，並未 廣泛地應用於市面上。ITO 表面清潔度對於元件的導電度影響相當大，製程中的 清潔步驟十分重要。此次研究中主要以臭氧（UV-ozone）清洗方法[11]，屬於乾 式清潔法，有機分子鍵結因臭氧產生游離化，並與產生的游離氧起反應而消失，

而達到表面改質和清潔目的。

(2)電洞注入層

電洞注入層介於陽極與電洞傳輸層之間，具有緩衝功用，並幫助電洞能更有 效地注入有機層中，材料主要選擇最高已填滿軌域能跟陽極的功函數相配，以 PEDOT 作為電洞注入層，可使 ITO 表面平整並減少元件短路，降低操作電壓並 延長壽命[12]。

(3)電洞傳輸層

電洞傳輸層主要功能是幫助電洞傳輸並阻擋電子，材料本身較具有易被氧化 的能力，材料選擇電洞遷移率高且最低未填滿軌域需高於發光層，目前常用的電 洞傳輸材料為含有芳香胺類之化合物及其衍生物為主(圖 2.3-1)。電洞傳輸材料玻 璃轉化溫度（glass transition temperature ，Tg）多半都在 100℃以下，在元件 中易產生結晶而降低元件的效率，故目前的研究方向為合成具高耐熱穩定性、與 陽極介面的能障低及自然成膜性的電洞傳輸材料，以改善結晶的現象。

圖 2.3-1 常見之電洞傳輸材料

(4)發光層

注入的電子與電洞在發光層內形成激子並發光。高分子發光材料大多具有導 電高分子共軛雙鍵的分子結構，並藉由共軛雙鍵來傳輸載子，高分子電激發光的 材料具有特定的發光團簇（苯環或是共軛雜環系統）來發出螢光。高分子的優點 是成膜性佳、熱穩定性高、可以旋轉塗佈法成膜等，可降低製程的複雜性。

(5)電子注入層

電子注入層介於陰極與電子傳輸層之間，具有緩衝功用，並幫助電子能更有 效地注入有機層中，材料主要選擇最低未填滿軌域能跟陰極的功函數相配。

(6)電子傳輸層

電子傳輸層主要功能是幫助電子傳輸注入有機層，材料本身較具有易被還原 的能力，材料選擇電子遷移率高且最高已填滿軌域需低於發光層。大部分的有機 發光材料在元件中就具有電子傳輸功能，但若以客發光體或是電洞傳輸層作為發 光體時，則必須再加入電子傳輸層幫助電子傳輸，常見材料如圖 2.3-2。

圖 2.3-2 常見之電子傳輸材料

(7)陰極

陰極使用的金屬必須具備低功函數的特性，與發光層間的能隙較小，才能有 效地將電子注入有機層內，提高電子電洞的結合率，並降低元件的操作電壓。但 是功函數越小金屬活性就越大，容易與水氧產生反應而變質，影響其導電度。合 金則可以有效地解決這個問題，例如以鎂銀合金作為陰極，不僅性質較穩定，且 能更順利地成膜，為陰極材料之普遍選擇。

表 2.3-1 常見金屬功函數

Atom Φ(eV) Atom Φ(eV) Atom Φ(eV)

Ni 4.84 In 4.12 Ca 2.76

Au 4.58 Si 4.1 Li 2.39

Cu 4.47 Ga 3.96 Ba 2.29

Fe 4.36 Al 4.28 Na 2.27

Ag 4.28 Mg 3.46 K 2.15