有機電致發光器件(Organic Light-Emitting Device，OLED)

有機電致發光器件(Organic Light-Emitting Device，OLED)是當今光電顯示領域里研究的熱點。與以往的顯示技術相比，OLED具有很多優異的性能，如寬視角、快的響應速度、輕而薄、高亮度、高效率和主動發光。在過去的十年中，關于有機發光二極管特性的研究已經取得了卓越的成就，但是對于影響其穩定性的因素和老化機制等方面仍缺乏深層次的認識。所以如何提高器件的性能特別是穩定性就成了近年來在OLED研究的重點問題。

OLED的穩定性跟很多因素有關，如器件結構，有機材料，電極材料，工藝條件，驅動模式等。全球諸多機構針對這幾個方面都在進行相關的探索。近來，人們越來越意識到驅動模式在影響OLED性能方面的重要性。OLED驅動方式多種多樣，就驅動電壓的極性來分有直流驅動和交流驅動。目前幾乎全部都采用直流方式，但交流驅動較直流驅動有著許多優勢。

有機發光顯示屏

OLED的原理
??? OLED組件系由n型有機材料、p型有機材料、陰極金屬及陽極金屬所構成。電子(空穴)由陰極(陽極)注入，經過n型(p型)有機材料傳導至發光層(一般為n型材料)，經由再結合而放光。一般而言，OLED元件制作的玻璃基板上先濺鍍ITO作為陽極，再以真空熱蒸鍍之方式，依序鍍上p型和n型有機材料，及低功函數之金屬陰極。由於有機材料易與水氣或氧氣作用，產生暗點(Dark spot)而使元件不發亮。因此此元件於真空鍍膜完畢後，必須於無水氣及氧氣之環境下進行封裝工藝。
??? 在陰極金屬與陽極ITO之間，目前廣為應用的元件結構一般而言可分為5層。如圖二所示，從靠近ITO側依序為：空穴注入層、空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層。就OLED組件演進歷史中，1987年Kodak首次發表之OLED組件，系由兩層有機材料所構成，分別為空穴傳輸層及電子傳輸層。其中空穴傳輸層為p型之有機材料，其特性為具有較高之空穴遷移率，且其最高占據之分子軌域(Highest occupied molecule orbital，HOMO)與ITO較接近，可使空穴由ITO注入有機層之能障降低。

圖二：OLED結構圖

??? 而至於電子傳輸層，系為n型之有機材料，其特性為具有較高之電子遷移率，當電子由電子傳輸層至空穴電子傳輸層介面時，由於電子傳輸層之最低非占據分子軌域(Lowest unoccupied molecule orbital，LUMO)較空穴傳輸層之LUMO高出甚多，電子不易跨越此一能障進入空穴傳輸層，遂被阻擋於此介面。此時空穴由空穴傳輸層傳至介面附近與電子再結合而產生激子(Exciton)，而Exciton會以放光及非放光之形式進行能量釋放。以一般螢光(Fluorescence)材料系統而言，由選擇率(Selection rule)之計算僅得25%之電子空穴對系以放光之形式做再結合，其余75%之能量則以放熱之形式散逸。近年來，正積極被開發磷光(Phosphorescence)材料成為新一代的OLED材料[2]，此類材料可打破選擇率之限制，以提高內部量子效率至接近100%。
??? 在兩層元件中，n型有機材料－即電子傳輸層－亦同時被當作發光層，其發光波長系由HOMO及LUMO之能量差所決定。然而，好的電子傳輸層－即電子遷移率高之材料－并不一定為放光效率佳之材料，因此目前一般之做法，系將高螢光度的有機色料，摻雜(Doped)於電子傳輸層中靠近空穴傳輸層之部分，又稱為發光層[3]，其體積比約為1%至3%。摻雜技術開發系用於增強原材料之螢光量子吸收率的重點技術，一般所選擇的材料為螢光量子吸收率高的染料(Dye)。由於有機染料之發展源自於1970至1980年代染料雷射，因此材料系統齊全，發光波長可涵蓋整個可見光區。在OLED組件中摻雜之有機染料，能帶較差，一般而言小於其宿主(Host)之能帶，以利exciton由host至摻雜物(Dopant)之能量轉移。然而，由於dopant能帶較小，而在電性上系扮演陷阱(trap)之角色，因此，摻雜層太厚將會使驅動電壓上升；但若太薄，則能量由host轉移至dopant之比例將會變差，因此，此層厚度必須最佳化。
??? 陰極之金屬材料，傳統上系使用低功函數之金屬材料(或合金)，如鎂合金，以利電子由陰極注入至電子傳輸層，此外一種普遍之做法，系導入一層電子注入層，其構成為一極薄之低功函數金屬鹵化物或氧化物，如LiF或Li2O，此可大幅降低陰極與電子傳輸層之能障[4]，降低驅動電壓。
??? 由於空穴傳輸層材料之HOMO值與ITO仍有差距，此外ITO陽極在長時間操作後，有可能釋放出氧氣，并破壞有機層產生暗點。故在ITO及空穴傳輸層之間，插入一空穴注入層，其HOMO值恰介於ITO及空穴傳輸層之間，有利於空穴注入OLED元件，且其薄膜之特性可阻隔ITO中之氧氣進入OLED元件，以延長元件壽命。