前述章節所提到有機材料的 HOMO 若可以越接近陽極電極的功函數對 於電洞的注入越好，能更有效的降低元件驅動電壓；相同地，如果有機材 料的LUMO 若可以越接近陰極電極的功函數對於電子的注入越好。OLED 常用的陰極需具備一些條件：(一)需具有低功函數。(二)較佳的反射率。(三) 高穩定性。然而低功函數的金屬在大氣中的穩定性差，抗腐蝕的能力也不 好，具有氧化或剝離的難題。目前在傳統下發光OLED 元件中最常用到的 陰極為鋁，其功函數與金屬的晶面也有很大關係，如Al(111)、Al(100)及 Al(110)晶面的功函數分別為 4.18、4.27 及 3.88 eV[51]。但是在一般有機材 料中的LUMO 卻是在 2.5~3.0 eV 間，如此次研究的 ambipolar 材料 MADN 的LUMO 即在 2.5 eV。如此大的能障造成了電子注入到有機層內的不易，
所以電子注入在OLED 中亦為一門重要的課題。常見電子注入材料屬於鹼 金屬氟化物，如MF(其中 M=Li、Na、K、Rb 或 Cs)，與先前的化合物一樣，
如果以Al 當陰極，這些材料的最佳厚度通常小於 1.0 nm。其中最常用的當 屬於LiF。在 2001 年，C. Ganzorig 等人發表了一系列鹼金屬氟化物增加電 子注入效率的比較[52]。當 CsF 取代 LiF 時，實驗中發現含鹼金屬氟化物元 件的起始電壓與金屬成份的電負度(Electronegativity)有關[53]，在熱力學上 CsF 比 LiF 更容易與 Al 反應釋出金屬。除此之外，和 p-HTL 有相似的方法；
利用n 型掺雜材料掺雜到有機材料中形成 n 型摻雜層來降低注入能障，並
可以增加有機層的導電度，n 型摻雜主要的摻雜物為鹼金屬如 Li 或 Cs，最 早是由Kido 教授發表，元件結構為 ITO/NPB(40 nm)/Alq3(65 nm)/Li:Alq3 (5 nm) /Al，Kido 並以 Alq3薄膜與摻雜Li 之 Alq3薄膜比較其UV-vis 吸收圖譜，
發現有摻雜Li 之薄膜吸收值降低許多，顯示 Li 可能已與 Alq3發生反應產 生Li+Alq3-錯合體[54]。但 Li 或 Cs 容易擴散，研究指出 Li 在 CuPc 和 Alq3 中的擴散距離，分別可以達到(700±100) Å 和(300±100) Å[55]，如果擴散至 發光層將會形成發光的焠熄中心。而且Li 或 Cs 反應性高，需要特殊的裝 EIM Driving voltage
(V)
0 2 4 6 8 10
n-ETL 套用在 OLED 元件內。為了研究電子注入，設計 Electron-only 元件
探討此一 n-ETL 是具有幫助電子注入的效果。Electron-only 元件結構為 ITO/Alq3 (30 nm)/MADN:α% Cs2CO3 (30 nm)/Al (150 nm)與 ITO/Alq3 (30 nm)/MADN:β% CsF (30 nm)/Al (150 nm)，其中 α%各為 5%、10%、15%；β%
各為10%、20%、30%。由於 Alq3與 ITO 中間沒有緩衝層(例如 CHF3)幫助
MADN 後可以有效的降低電子注入的能障並使 n-ETL 形成近似歐姆接觸的 導體，這個特性使得 n-ETL 內的電洞濃度提升，在低電壓時的電子注入階 段經具有降低活化能特性由穿隧方式注入到元件內，而在高電壓驅動時也 有較單層 MADN 為佳的電性。而在 CsF 與 Cs2CO3兩種 n 型掺雜物比較方 面，CsF 不管是在低濃度或是高濃度的掺雜都比 MADN : 15% Cs2CO3在相 同電壓驅動下有較高的電流，所以我們相信利用 CsF 當 n 型掺雜物可以有 效的幫助電子從Al 陰極注入到 OLED 元件內。雖然電性上以 MADN : 30%
CsF 為電性最佳的 n-ETL 組合，但實際在元件上的效果仍需要驗證。
元件設計上，利用 CHF3為電洞注入緩衝層、NPB 以及 MADN 是電洞 傳輸層、Alq3則是發光層與電子傳輸層而MADN : 30% CsF 為 n-ETL，並 另外以標準Alq3綠光元件做為比對，元件的設計如下圖所示：
(a) (b)
圖31. (a)：元件 L 結構圖。(b)：元件 K 結構圖
實際應用在元件上的結果如圖所示，在電流效率-電流密度 (Current
Current density (mA/cm2) Device A Device K Device L
圖 33. 元件 A、K 與 L 在 20 mA/cm2的光譜圖
表9. 元件 A、K 與 L 在 20 mA/cm2的特性比較 Device Luminance
(nits)
400 500 600 700 800
0.000