第一章 緒論
1.1 有機發光二極體簡介
有機電激發光(electroluminescence, EL)最初於 1963 年由 Pope 教授發表[1]，
當時發現於蒽(anthrancence)的晶體加以 100 伏特以上的電壓會發出微弱的藍光。
1987 年，柯達鄧青雲博士等人利用能發光的小分子有機材料 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq) 搭配電洞傳輸材料 aromatic diamine，運用熱蒸鍍技術，製作出有 機發光元件[2]。此元件使用了兩層結構，將電子與電洞傳輸層分開，使得載子在 兩個有機層介面複合並放光，相較於此之前的單層元件，操作電壓不但可降低至 10 伏特以下，效率也有所提升。此研究成果促使了日後許多關於有機發光二極體 元件研究的蓬勃發展。
現行常見的有機發光二極體是由數層有機材料薄膜組成，如圖 1.1 所示，元 件兩端為導電電極，有機層可分為電洞注入層(hole-injection layer, HIL)、電洞傳 輸層(hole-transport layer, HTL)、發光層(emissive layer, EML)、電子傳輸層 (electron-transport layer, ETL)與電子注入層(electron-injection layer, HIL)。當元件兩 端分別施加正負電位，電洞及電子會分別由陽極與陰極注入至電洞傳輸層與電子 傳輸層，注入的電子與電洞在有機材料層中會往另一端電極之方向傳導，最終形 成電子電洞對，於發光層複合並放光。在有機發光二極體中，有機材料和電極間 的界面特性會決定載子注入元件的難易程度，各層有機材料的電荷傳輸特性及導 電性對於元件運作與光電特性也會有顯著影響。此外，由於各種不同的有機材料 分子間的能階與傳導特性的不匹配，在兩層相異的有機材料薄膜間，會形成異質 接面(heterojunction)，這樣的接面會影響元件中電荷及電場的分布，對元件之操 作電壓與發光效率也有決定性的影響。
因有機發光二極體具備質量輕、自發光、視角廣、響應快速、可撓性與低成 本等優點，被視為是未來極有潛力的平面顯示技術。其中，主動矩陣有機發光二
極體(active-matrix OLEDs, AMOLEDs)顯示技術將有機發光二極體製作於薄膜電晶 體(thin-film transistors, TFTs)之上，利用薄膜電晶體製作電路來操控有機發光元 件，使得每一個有機發光元件像素可以獨立運作。因此，主動有機發光二極體顯 示技術有機會製作出高影像品質、高效率的顯示面板，是相當被看好的平面顯示 技術之一。
在元件效率不斷地提升之下，白光有機發光二極體被認為可能應用在固態照 明[3][4]。目前白光有機發光二極體的發展不及傳統無機發光二極體，但是無機 發光二極體為點光源，需要額外的燈具才能用於照明，然而有機發光二極體為面 光源，可以直接製作在可撓性基板上和使用低成本的大面積製程，有機發光二極 體仍具有優勢。
1.2 透明電極發展與應用
在有機發光二極體中，兩端電極扮演著傳遞載子及將其注入至元件的重要角 色。不論是電極材料本身的導電能力、能階、吸收程度等特性，或是元件製程中 所決定電極的平坦與均勻程度，皆會對有機發光二極體元件最終外部量子效率、
電流密度及操作電壓有一定的影響。
電極材料的種類繁多，於透明陽極方面，氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)因 為良好的導電性、高穿透度與製程方便[5]，是有機發光二極體常使用的陽極材料 [6]。然而，由於元素銦在地殼中蘊含量稀少，導致價格昂貴。此外，生產 ITO 所 需的真空腔體設備與高溫退火處理也使得製造成本和能源消耗增加。因此，眾多 學者致力於發展能取代氧化銦錫作為透明陽極的材料。其中，被認為最具代表性 的材料之一為有機透明導電高分子PEDOT:PSS。導電高分子不但導電性及穿透度 佳、具有可撓性、使用溶液製程(solution process)，能有效地減少生產上的能源 消耗，不僅可做大面積生產，亦與可撓性製程有良好的匹配，在應用上具備極大優 勢，因此也成為近年來常見的透明陽極材料[7]。
3
由於有機發光二極體之結構常為下發光元件，使用厚度 100 奈米以上的金屬 作為不透光的陰極。隨著有機發光二極體上發光元件及透明元件相繼發展，透明 陰極的研究才逐漸被重視。目前透明陰極常使用氟化鋰(Lithium fluoride, LiF)、鋁 (Aluminium, Al)及銀(silver, Ag)三種材料，並在上方搭配有機材料而成的結構[8]，
此種陰極結構具有高穿透度，導電能力佳，且全程可使用熱蒸鍍方式成長，製程 方便，是被廣泛應用在透明有機發光二極體的陰極結構。另外，像是鎂銀合金[9]
或是銀前後搭配金屬氧化物的結構也是常見的透明陰極之一[10]。因為透明電極 的穿透度或導電性會決定透明發光二極體的表現，隨著近年來透明元件的研究蓬 勃發展，重要性逐漸提升，而透明陰極和陽極的光學特性和電性也日益改善。
1.3 研究動機與論文架構
近年來，因有機發光二極體被視為最具潛力做為未來的顯示器及照明產品，
其研究發展備受矚目。目前有機發光二極體顯示面板已被應用在小尺寸的顯示裝 置上，除此之外，有機發光二極體還具備其餘優勢，像是透明度高與可撓性，也有 機會被廣泛應用在商業產品上。因此，為了能深入分析透明有機發光二極體元件 特性，本研究著重在探討透明電極對透明有機發光二極體元件特性的影響，並希 望能對如何改善透明有機元件有所幫助。
在本篇論文中，第一章回顧了有機發光二極體元件的歷史，並簡單說明了透 明電極的發展與應用。
在第二章中，我們說明了有機發光二極體中的光學效應，以及模擬元件之光 學特性所使用的原理。
在第三章至第五章中，我們分別模擬及實驗不同電極的透明元件結構，包括 氧化銦錫陽極、導電高分子陽極以及高折射率光學薄膜搭配導電高分子陽極，並 分析其元件特性與模擬及實驗結果。
第六章中總結本論文的成果，並對透明有機發光二極體研究提出未來展望。