電極的選擇

由上述有激發光元件結構介紹，我們可以知道用於元件中的材 料大致上可分成電極材料(electrode materials)、電流載子傳輸材料 (charge carrier transmission materials) 及 發 光 材 料 (luminous materials)。其中電極材料是扮演將電子電洞直接導入元件中的角 色，選擇的電極材料將決定載子注入的難易程度，影響到元件的驅 動電壓與發光效率。而在目前的有機電激發光元件中，一般最普遍 採用的陽極是銦錫氧化物(Indium-tin oxide，ITO)，其具有較高的功 函數(work function，Φ_ITO= 4.7ev)，同時在 400~1000nm 波長範圍內 ITO 的透光率高達 80%以上，因此是一非常理想的陽極材料。另外 亦有採用半透明金屬(如 Au)或透明導電聚合物(如聚苯胺)作為陽極 的元件；以導電高分子聚合物便可以製作出撓曲式的電極材料。

陰極方面則是需要易於將電子注入的材料，因此選用低功函數 的金屬鋁、鎂或鈣，其與高分子的電子親和力(electron affinity，EA) 接近，便利於電子的注入。陰極的功函數與元件的發光亮度與使用 壽命有相當的關係。目前有機發光元件中常用的陰極主要有下列幾 種：

(1)單一金屬層陰極：低功函數金屬皆可直接用作為陰極，例如 Al、Ag、Au、Mg、Li、Ca、Cr 等。而一般在穩定度及成本的考量 下最直接的便是使用 Al 電極。在 PELD 上，因為大多數發光高分 子聚合物的電子親合能力較低，即為由無窮遠處加入一個電子到分 子的 LUMO 能階所需的能量較大，因此常用功函數更低的 Ca 作為 陰極。但是鈣極易氧化，通常可在鈣的表面再鍍上一層鋁，以減緩 鈣的氧化。下表列出了幾種金屬的功函數。

Table 1-1 The work function of electrodes

Material Work function（e.V.）

Au 5.1 ITO 4.7

Cu 4.7 Ag 4.6 Cr 4.3~4.5 Al 4.3 In 4.1~4.2 Mg 3.7 Nd 3.2 Ca 2.9

在高分子系統雖然以鈣為陰極可獲得較佳的量子效率，但研究發 現⁽¹⁷⁾鈣的厚度從有機層介面算起的 40Å 內會明顯抑制螢光，這並非 因為在介面有化學反應而形成新物種所造成。造成抑制螢光現像的主 要原因是鈣會在LUMO 與 HOMO 間誘導一新的能階出現，此一能階 會使excitons 分裂而導致螢光強度下降，如 Fig. 1-10 所示，在正常情 況下如(a)所示電子、電洞分佔 LUMO 與 HOMO 能階，但誘導能階介 入時如(b)所示誘導能階便會捕捉電洞，而電子則返回傳導帶，如此 一來便造成excitons 的解離而使電子、電洞結合放光的機率降低。

Fig. 1-10 Energy diagram near the Ca/Organic layer interface depicting the excitons dissociation process in the presence of gap states

(2)合金金屬陰極：因著低功函數金屬通常擁有較高的化學活 性，其易於空氣中被氧化，如此將對元件產生不良的影響。所以低 功 函 數 金 屬 常 和 穩 定 性 較 高 的 其 他 金 屬 一 起 共 蒸 鍍 形 成 合 金 陰 極。例如鎂銀合金(Mg/Ag=10/1)、鋰鋁合金(0.6%Li)，其功函數分 別為 3.7ev、3.2ev。其中鎂銀合金是目前 PLED 中常用的電極材料，

銀在此扮演的角色不單是延遲鎂的氧化，少量的銀更可以幫助鎂的 沈積(deposition)，有助於降低驅動電壓，並形成一層穩定兼顧的金 屬薄膜。

(3)層狀複合陰極：此種陰極是在一層較厚的 Al 陰極和有機層之 間再蒸鍍一層極薄的絕緣層，如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈉 (NaF)、氧化鎂（MgO）或二氧化矽等，可以有效地增加使用 Al 當 陰極的效率⁽²⁰⁾，主要原因Al 與發光層在介面會產生化學反應，而產 生一較大能障阻礙電子注入，因此絕緣層的介入可防止介面的化學反

應的發生。但絕緣層的厚度不可太厚，否則電子的穿遂能力將會受到 影響。