有機電激發光材料選擇

2.4.1 陽極

通常應用於 OLED 元件的有機材料的 HOMO 能階位在 5~6eV 之 間，因此陽極必須選擇一高功函數的材料去搭配，才可得到最低注入 能障。而其他先決條件則是要有好的導電度;好的化學及形態的穩定 性。最常被當作陽極的材料為銦錫氧化物 (ITO)，對可見光具有高的 透明度，且導電度良好，不過 ITO 基板常因表面的汙染及水氣附著問 題，使 ITO 的表面功函數產生 0.5~1.0 eV 的浮動，因此必須使用紫外 光-臭氧 (UV-ozone)或氧電漿 (Oxygen plasma)，進行表面處理來增加 其功函數。

2.4.2 陰極

因有機材料 LUMO 能階通常位在 2.5~3.5eV 之間，所以會選擇較 低功函數的金屬來搭配，如此注入能障才會減小，常用的陰極金屬有 Al、Ag 及 Ca 等。而我們常會使用 LiF/Al 的搭配來降低電子的注入 能障，且 Al 的活性也較低。

2.4.3 電洞注入與電洞傳輸層材料

雖然 ITO 經表面處理後，功函數可達 5.0 eV，但仍低於大部分電 洞傳輸材料的 HOMO 能階(~5.5eV)，因此可加入電洞注入材料，將 其 成 膜 於 ITO 與 HTL 之 間 ， 例 如 可 選 擇 高 分 子 材 料 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)，

它結合 PLED 與多層 OLED 的優點^[29]，可將 ITO 表面平整化，減少 元件短路的機率，降低元件驅動電壓，並延長元件壽命 ^[5]。

而在選擇電洞傳輸材料時，除電洞遷移率(hole mobility)要高以外，

必須要選 HOMO 能階與陽極和發光層都匹配的材料，能障越小越好，

而 LUMO 必須要高於發光層材料，且能阻擋電子，將其侷限在發光 層內;還要有高的耐熱穩定性，即高的玻璃轉移溫度(Glass transition temperature，Tg )。常用材料有:NPB、TAPC 等(圖 2-12)。

NPB TAPC 圖 2-12 電洞傳輸層材料

2.4.4 電子注入與電子傳輸層材料

電子注入材料，是用來幫助降低電子傳輸層的 LUMO 與陰極功 函數之間的能障，使電子能更有效注入到有機層中，常用的電子注入 材料為 LiF、CsCO3等。而 LiF 一般以最佳厚度約 0.3~1.0 nm 成膜在 電子傳輸層與陰極金屬間，製成元件可降低驅動電壓及提升效率^[6]。 當我們在選擇電子傳輸材料時，須具備一些條件，例如:因為電子 在有機薄膜中傳導過程是一連串的氧化還原 ^[30]，材料需有可逆的電 化學還原和夠高的還原電位。

要有合適的 HOMO/LUMO 能階與發光層搭配，HOMO 能階必須 夠低才能夠阻擋電洞，且電子傳輸材料的 LUMO 能階與發光材料的 LUMO 能階能障差不能太大，若電子傳輸材料 LUMO 高於發光材料 太多，可能造成激子分解 (exciton dissociation)，使發光產生淬熄^[31]。 常用電子傳輸材料有:B3PYMPM、TmPyPb 等(圖 2-13)。

B3PYMPM TmPyPb 圖 2-13 電子傳輸層材料

2.4.5 主發光體材料與客發光體材料

在主客發光機制中，使用高能激發態的主發光體材料(host)，將能 量轉移給低能態的客發光體(dopant)，而製程上是將客發光體材料摻 雜在具有電子或電洞傳輸特性的主發光體材料中作為發光層，因此材 料的選擇上，通常會使客發光體材料的 HOMO/LUMO 的能階完全的 包在主發光體材料的 HOMO/LUMO 的能階中，才可使激子有效的能 量轉移，增加元件發光效率。以下為常用的主客體材料(圖 2-14,圖 2-15)。

CBP^[6] mCP^[7]

圖 2-14 主體材料

Material HOST

NPBC mCP ^[7] CBP^[6]

Material Dopant

FIrpic^[4] Ir(ppy)3