電激發螢光發光層

許多的有機材料可以應用為螢光發光層，發光顏色幾乎可包含整個可見光 (380nm-780nm)。目前所用的有機螢光發光材料分為兩大系統，一是以有機小分 子為主的元件，其所用材料的分子量通常來說小於兩千，其元件製作方式通常採

用真空蒸鍍而成；再者則是以高分子為主的元件，其分子量約介於數萬至數百萬 之間，主要是具螢光性的共軛高分子，其元件製作方式通常採用旋轉塗佈的方式 成膜。不論是選用哪一種材料作為發光層，有機螢光發光元件效率通常都不高。

目前有機發光二極體元件中的高效率的發光層，大部分皆使用主客發光體系統的 結構，即是在主發光體材料中摻入客發光體材料，由能量較大的主發光體材料傳 遞能量給客發光體材料來發光，所以元件的光色可由選擇不同的客發光體材料來 調控，並提升元件的效率。主發光體材料著名的例子有: 藍光主發光體材料 ADN(9,10-di(2-naphthyl) anthracene)、DPVBI、PVK 等，如圖 1-5 所示：

圖1-5 OLED 元件中常見螢光主發光體化學結構。

客發光體可在主發光體中藉由能量轉移的方式來導致客發光體(dopant) 發光。客發光體材料著名的例子有: 藍光螢光材料 Perylene(芘)、綠色螢光材 料 Coumarin( 香 豆 素 )-545TB 、 紅 色 螢 光 材 料 DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4 H-pyran)、紅色螢光材料 DCM-2 等，如圖 1-6 所示：

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圖1-6 OLED 元件中常見螢光客發光體化學結構。

主體與客體間的能量轉移 (Energy transfer)

主客體摻雜發光(host-guest dopant emitter)機制，如圖 1-7 所示，通常是藉由 具備較大能隙差的主體材料(host)，結合具有高螢光或磷光效率的發光客體材料 (guest)，可大幅提高元件整體的再結合與放光效率。主體在經由電激發所吸收的 能量可轉移到高發光效率混摻物(dopant)中發光，此舉除了降低能量由非輻射衰 減(non-radiative decay)的機率之外，另一方面，低混摻濃度同時亦可減少發光客 體發生自我淬熄(self-quenching)的機率。

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圖1-7 混摻系統的主體-客體之能量傳遞示意圖。

主體與發光客體之間的能量轉移機制，包含有Förster 及 Dexter 兩種型式來 解釋能量的轉移(如圖 1-8)。

Förster 能 量 轉 移 是 指 藉 由 主 體 和 發 光 客 體 分 子 之 間 以 偶 極 - 偶 極 (dipole-dipole)感應來傳遞能量，是屬於長距離(約 30-100 Å)的能量轉移，如果主 發光體的放射和客發光體的吸收可以重疊，且兩者的躍遷是被允許的，主客發體 間將產生快速且不放光的能量轉移。

而電子交換式的 Dexter 能量轉移則是藉由電子交換的方式來傳遞能量，屬 於近距離(約 6-20 Å)之能量傳遞。在 Wigner-Witmer 選擇律下，Dexter 能量轉移 需要遵守施體和受體之總自旋量子數守恆(total spin conservation)。故此機制可允 許單重態-單重態(singlet-singlet)及三重態-三重態(triplet-triplet)之能量轉移。

圖1-8 Förster 及 Dexter 能量轉移機制。

一般而言，有機分子受到激發後會有1/4 的激發電子形成非對稱自旋的單重 態(singlet state)形式，並以螢光方式釋放出能量，但有 3/4 的激態電子會形成對 稱自旋的三重態(triplet state)，並以非放射性的磷光釋出能量而大大的損失效 能，且降低發光效率。目前而言，能夠將激態電子的三重態以磷光方式發光的材 料均是有機金屬化合物，其中中心金屬均是過渡金屬，如：鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、

銪(Eu)、釕(Ru)等。而其配位基則是含氮之雜環化合物。以下常見的磷光發光材 料。紅光磷光發光材料為 2,3,7,8,12,13,17,18 – octaethyl - 12H ,23H -porphine platinum(II) (PtOEP) 。 綠 光 磷 光 材 料 材 料 [Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)]

(Ir(ppy)

3) 。 藍 光 磷 光 材 料 bis(4,6-di- fluolophenyl)-pyridinato-N,C2’)picolinate (FIrpic) (如圖 1-9)。磷光元件除了要有高效率的磷光發光材料外，還需搭配適當 的主發光體材料。目前較常使用的磷光主發光體材料有 CBP 及 TCTA 等(如圖 1-9)。

PtOEP Ir(ppy)

3 FIrpic

圖1-9 OLED 元件中常見磷光主客發光體化學結構。

1.5 電子傳導層 ( Electron transporting layer, ETL )