OLED的簡介 - ott板

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看板 ott

作者 ott (寶貝)
標題 OLED的簡介
時間 2011年11月01日 Tue. AM 01:28:44

http://ykuo.ncue.edu.tw/oled/OLED_intro.htm

上次更新此站台的日期： 2006年12月07日

近年來隨著科技進步，個人電腦、網路及資訊傳播的普遍化，顯示器成為了人機互動不可或缺的重要角色，而不斷進步的顯示技術更是帶動了顯示器產業跨躍式的發展。傳統ㄧ般的CRT螢幕對使用者來說，顯得厚重、佔體積，因此已逐漸的被厚度較薄且大尺吋的PDP電漿顯示器及更輕薄的LCD液晶顯示器所取代。在新的平面顯示器中，還有另外一項新技術「OLED」。 OLED ( Organic Light Emitting Diode 有機發光二極體 ) ，又可稱為有機電激發光（Organic Electroluminescence，簡稱OEL）。利用此元件與技術所製成的顯示器具有輕薄、可撓曲式、易攜性、全彩高亮度、省電、可視角廣及無影像殘影……等優點，為未來平面顯示器的新趨勢。近幾年，此平面顯示新技術OLED更是吸引了產業及學術界的關注，進而從事開發與研究。

OLED的基本原理為: 加入一外加偏壓，使電子電洞分別經過電洞傳輸層（Hole Transport Layer）與電子傳輸層（Electron Transport Layer）後，進入一具有發光特性的有機物質，在其內發生再結合時，形成一"激發光子"（exciton）後，再將能量釋放出來而回到基態（ground state），而這些釋放出來的能量當中，通常由於發光材料的選擇及電子自旋的特性（spin state characteristics），只有25%（單重態到基態，singlet to ground state）的能量可以用來當作OLED的發光，其餘的75%（三重態到基態，triplet to ground state）是以磷光或熱的形式回歸到基態。由於所選擇的發光材料能階（band gap）的不同，可使這25%的能量以不同顏色的光的形式釋放出來，而形成OLED的發光現象（圖一）。

圖一，OLED發光原理

最早在1963年時，Pope發表了世界上第一篇有關OLED的文獻，當時使用數百伏特的電壓通過Anthracene晶體時，觀察到發光的現象。但由於其過高的電壓與不佳的發光效率，在當時並未受到重視。一直到1987年美國柯達公司的 C. W. Tang 及 Steve Van Slyke 等人發明以真空蒸鍍法製成多層式結構的OLED元件（圖二）的小分子OLED元件後，可使電洞電子侷限在電子傳輸層與電洞傳輸層之界面附近再結合，大幅提高了元件的性能，其低操作電壓與高亮度的商業應用潛力吸引了全球的目光。自此之後，OLED便在業界、學界掀起了一股無法阻擋的旋風與魅力。而1990年英國劍橋大學的Friend等人成功的開發出以塗佈方式將多分子應用在OLED上，即Polymer LED，亦稱為PLED。不但再引發第二波研究熱潮，更確立了OLED在二十一世紀產業中所佔有的重要地位。

圖二，OLED元件結構

　

在發明此元件的過程中，陰陽兩極材料的發現也是重要的一環。陰極的金屬必需具備低功函數（work function）的特性，才能有效的將電子注入有機層內，鎂（Mg）的功函數夠低（3.5eV），也相當穩定，十分符合元件的要求。而當鎂銀（Ag）以十比一的比例形成合金後，少量的銀可以提供成長區（nucleating site）給鎂，使得鎂可以順利的在有機層上成膜。這樣的合金與比例便成為後續研究的範本。另外鋰（Li）金屬（1.4eV）的化合物如LiF、Li2O等，與鋁（Al）金屬（3.4eV）的化合物，也是另一種普遍使用在陰極上的材料。而在陽極的選擇上，則必需是一個高功函數又可透光的材質，這樣的選擇並不多，所以ITO（indium tin oxide）這樣的金屬氧化物，不但具有4.5eV-5.3eV的高功函數，且性質穩定又透光，便成了最佳的選擇。延用至今，這兩者仍是目前OLED元件中最常被使用的陰陽極材料。而其中材料AlQ3為電子傳輸層，NPB為電洞傳輸層，CuPc為電洞注入層。

在後續的研究當中發現，OLED可藉由在發光層中摻雜一不等濃度的摻雜物（dopant），使得主發光體（host）的能量得以轉移至摻雜物上而改變原本主發光體的光色以及發光的效率(在 Alq3 與 NPB 之間則夾有一發光層)，不但可得到紅、藍、綠三色的OLED元件，也因此使得OLED朝著全彩化顯示器的目標又前進一大步。然而在這當中，各種材料的選擇是非常關鍵的，必需考慮材料本身的物理性質，如能階差、熱性質、形態學等，所以要找出一個合適的OLED材料，不論是電洞傳輸材料、電子傳輸材料、主發光材料以及不同光色的摻雜物，都需要科學家們一再的研究與改良，才能達到要求。

OLED的發展，是以全彩化的平面顯示器為最高目標在前進。目前紅、藍、綠三原色的摻雜材料都已成功的開發出來了，但是卻尚未達到完全令人滿意的地步，仍需要繼續的研究開發新的、更好的三原色摻雜材料，尤其是藍光及紅光。另外白光材料也是最近的一項研究重點，希望能用來作為照明光源或是液晶螢幕的背光源，可大幅減少目前白光光源所佔的空間與重量。

在1998年，美國的Baldo等人研究出以銥金屬錯合物（iridium complex）製成的元件，可以把原先三重態中流失的能量補救回來，將OLED元件的發光效率大幅提昇三倍以上，是近來OLED技術開發上的一大突破。

這幾年來，科學家正在研究以塑膠基板取代玻璃基板，製成可撓曲式的OLED，即Flexible OLED，也稱為FOLED，其元件構造如圖三所示，如果能順利研發成功，則類似筆捲式行動電話的商品（如圖四），將不再是如好萊塢電影中的科幻情節了。

圖三、FOLED元件構造

圖四、筆捲式的電子商品

　

< 參考文獻>

1. AN OIDA TECHNOLOGY ROADMAP, Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) for

General Illumination Update 2002

　

< 文章部份摘錄由>

1. 二十一世紀的明星產業-有機發光二極體平面顯示器技術

簡金雄, 陳金鑫*, 光電科技, 24, 78(2001).

　

2. 前瞻性OLED的展望──可撓曲式有機發光二極體之開發現況

鄭榮安, 陳金鑫*, 電子與材料, 11, 37(2001).

　

感謝!!

　

上次更新此站台的日期： 2006年12月07日

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科學與技術
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