OLED顯示屏之原理

OLED顯示屏工藝之 OLED顯示屏之原理

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。由于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。因此此元件于真空鍍膜完畢后，必須于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**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*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]

 （OLED顯示屏工藝之 OLED顯示屏之原理）

    而至于電子傳輸層，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，由于電子傳輸層之*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，遂被阻擋于此介面。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)于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%。摻雜技術開發系用于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)。由于有機染料之發展源自于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，一般而言小于其宿主(Host)之能帶，以利exciton由host至摻雜物(Dopant)之能量轉移。然而，由于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*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。

    由于空穴傳輸層材料之HOMO值與ITO仍有差距，此外ITO陽極在長時間操作后，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值恰介于ITO及空穴傳輸層之間，有利于空穴注入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[5]。