由于许多的优点及较低的制造成本，阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）已主宰显示器及电视机的市场许久而不衰。近年来，为了符合信息仪器的多样化，平面显示器（Flat Panel Display，FPD）的需求日益迫切，且在当今全世界市场走向轻薄短小及省电的潮流下，CRT已经逐渐被平面显示器所取代。

现在应用在FPD的技术主要有下列几种：电浆显示器（Plasma Display）、液晶显示器（Liquid Crystal Display）、无机电激发光显示器（Electroluminescenct Display）、发光二极管（Light Emitting Diode）、真空荧光显示器（Vacuum Fluorescent Display）、场致发射显示器（Field Emission Display）及电变色显示器（ Electrochromic Display）等。

然而，大多数的平面显示器却有着制程复杂、制造成本高的缺点；因此，低成本、高画质的平面显示器的诞生备受瞩目。相较于其他平面显示器的技术，OLED显示技术之所以获得广大的青睐，主要是它具有轻、薄、广视角、高对比度、低耗电、高应答速度、全彩化及可挠曲化的特性。

在近几年内不但欧美日数十家大企业（例如：DuPont、Pioneer、Hewlett-Packard、IBM、TDK、Dow Chemical、UDC、Sony等等）相继投入此产业的开发，且国内外更有众多的大学及研究机构热衷于此项技术与原理的探讨，在此波热潮中，我国产业摆脱以往追随国外已成熟产业的发展模式，在近期内也掀起一股投资浪潮于此项产业之开发与量产。

发展回顾

有机电激发光组件的技术依其所使用的有机薄膜材料的不同，大致可分为两类，一是以染料及颜料为材料之小分子组件，另一个是以共轭性高分子为材料之高分子组件系统。由于有机电激发光组件具有发光二极管（light-emitting diode, LED）整流与发光的特性，因此小分子有机电激发光组件亦被称为OLED，高分子有机电激发光组件则被称为PLED。

1963年，P. Pope等人(注1)在20mm厚的anthracene单晶上，施以高达400V的偏压(Bias)，观察到电激发光（Electroluminescence）现象，此为有机材料应用于电激发光的滥觞。由于单晶成长以及大面积化困难，限制了其商业化的发展，因此在接下来的二十年中，对有机电激发光的发展只停留在学术研究。直到1987年(注2)，美国柯达公司的C. W. Tang与S. A. VanSlyke他们以简易的热蒸镀方式将Alq (Tris-(8-hydroxyquinolinol)aluminum)及HTM-2制成一种双层非晶质（amorphous）有机薄膜的组件，此组件具有高量子效率与低驱动电压才有革命性的发展。

1990年，英国剑桥大学J. H. Burroughes等人(注3)发表，以共轭高分子PPV作为发光层之OLED组件，自此高分子材料也开始投身于电致发光的应用。由于在研究方面有了重大的突破，因而引起全球超过80个公司加入OLED显示技术开发的行列；其中，日本方面钟情于小分子系统，而欧美方面则较着重于高分子系统。

发光原理

有机电激发光组件的发光原理和发光二极管的发光原理相似，因此才有OLED及PLED的称呼。两种类型的组件皆是制作于，以氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）作为阳极之玻璃或是可襓曲基材上，将发光层以热蒸镀（低分子）法或是旋涂法（高分子）制备上去，最后是以低功函数之金属或合金（一般使用Mg：Ag或是Al：Li），作为上部电极（阴极），形成一ITO glass/ 发光层/ Metal 三明治组件结构。另外，由于有机材料及低功函数电极对于氧气以及水气相当敏感；因此，组件于制作完毕后，需经过封装保护处理。

《图一 有机电激发光组件的发光原理》

组件结构

在仔细讨论用在有机电激发光组件里面的有机材料前，我们必须先暸解一下各类各型的组件内部的组合与结构。真空囤积法制作的分子型EL组件大致可分为四类：

1. 双层-A型(double layer-A简称DL-A)

此组件结构是最常用的一类最基本的结构(图二)，是由美国柯达(Kodak)公司所提出，最主要的特点是发光体(emitter)也具有传输电子(electron transport)的能力。标准组件的结构由下而上分别为玻璃基板(glass substrate)/ITO(阳极)/HTL/ETL(发光体)/阴极金属，最著名的例子为玻璃基板/ITO/NPB/Alq/Mg:Ag(10:1)。

《图二 双层-A型/B型组件结构》

2. 双层-B型(double layer-B简称DL-B)

当柯达的专利发表不久后，在日本九州岛大学的Saito教授研究室发现了组件结构(图二)，此组件结构最主要的特点是在于电洞传输材料可当发光体(emitter)。并发现发光的区域不仅在靠近HTL/ETL之接口上。且可藉由扩散方式将发光区域扩散至整个HTL。其标准组件的结构由下而上分别为玻璃基板/ITO/HTL(发光体)/ETL/阴极金属。虽然此结构与DL-A是大同小异，但还是获得不少美国及日本的专利许可。

3. 三层-A型(three layer-A简称TL-A)

继DL-B型组件结构后，日本九州岛大学的Saito教授又提出TL-A型组件结构(图三)，最主要的特点是在HTL/ETL之间置入一层发光层，这层发光层就薄的像Langmuir-Blodgett film一样，只需二层（bilayer）有机色素分子的重迭厚度就可以限制（confine）被产生的激发子(exciton)局限在此层内而产生强烈的光。其标准组件的结构由下而上分别为玻璃基板)/ITO/HTL/EML/ETL/阴极金属。

《图三 三层-A型/B型组件结构》

4. 三层-B型(three layer-B简称TL-B)

此组件结构是由日本山形大学的Kido教授所提出，组件结构与TL-A相似(图四)。不同的地方是在这种结构发出来的电激发光（EL）可以被控制获自HTL或是ETL，要看中间那层激发子幽禁层(exciton confinement layer简称ECL)的厚度而言。若将ECL调整合宜，可使激发子同时在HTL及ETL生成，让HTL及ETL同时发光，而将光源混成白光。其标准组件的结构由下而上分别为玻璃基板/ITO/HTL/ECL/ETL/阴极金属。

OLED材料发展现况

OLED组件基本是由阳极(通常为ITO玻璃)、电洞传输层(hole transport layer简称HTL，常用的材料为双胺(diamine)化合物)、发光层(emitting layer简称EML)、电子传输层(electron transpot layer简称EHL)及阴极(Metal electrode)所组成。最近也在电极与载子传输层之间加入载子注入层(hole injection layer简称HIL或electron injection layer简称EIL)，改善电极与有机材料接合(contact)问题，以利载子注入有机层中。目前制作OLED组件大多真空蒸镀(vacuum evaporation)方式将每一层蒸镀至基板上。以下就OLED各层材料发展现况加以说明：

电洞传输材料(hole transport materials，HTL)

有很多电洞传输材料被成功的用在有机电激发光的组件上。这些有机材料几乎都是triphenylamines的结构，Triphenylamine这一类的有机化合物是在发展影印技术(xerography)时所发明的，是先将此化合物混合在多分子的binder里再涂布到光导体上，在电场的下的走动性(mobility)都很高，约有10-3cm/Vs。然而用在电激发光组件上时，除了要求电洞材料有高的走动性外，还要能够在高真空中被蒸发囤积(vacuum deposite)形成无真空缺陷(no-pinhole)的薄膜才行。

最早是由柯达发现了用tri-p-tolylamine(HTM1)及1,1-bis[(di-4-tolylamino) phenyl]cyclohexane(HTM2)(图四)作为有机电激发光组件中的电洞传输材料。在实用的例子里，后者因为有较低的挥发压(vapor pressure)，在真空囤积法下是有助于好薄膜的生成的。

《图四 有机电激发光组件中的电洞传输材料》

日本的Toyo Ink 公司首先开发出以Anthracene为主体的电洞传输材料(注4)，而其搭配Alq为电子传输发光体时，组件在5V时最大亮度可达到11000 cd/m2。

最近日本的Nagoya大学与Nippon Steel Chemical 公司合作开发以TPD为主架构的电洞传输材料(注6)，虽然提高了电洞传输材料的Tg改善了TPD易结晶的特性，但使用Alq为电子传输发光体时，组件(ITO/CuPc/HTM/Alq/LiF/Al)的表现并不理想(表一)。

有机电洞传输材料的薄膜经过长时间的老化(aging)后，常有再结晶的趋向。这种现象被认为是有机电激发光组件通电之后导致便案的主要原因。所以在设计及合成新的有机电洞材料的重点释放在：1.要有高的耐热稳定性（高Tg ）；2.在与阳极界面中要减少能阶障碍(energy barrier)；3.自然形成好的薄膜型态(thin-film morphology)。目前大家所用的电洞传输材料的Tg大部分都在100℃以下，而相对于用在有机电激发光的电子传输材料，AlQ3的Tg已达175℃，显然在热稳定性的考虑上，有机电洞传输材料还有很大的改进空间。

日本Idemitsu 公司在一篇专利中声称的电导材料TPTE1及TPTE2可以用在有机电激发光组件中，它们拥有极高的耐热性(Tg 140、130℃)，是很好的非结晶性电洞传输材料。

日本Osaka大学的Shirota教授是第一位设计合成出星状放射(starburst)结构之电洞传输材料的人，目前这类结构的专利是属于日本的pioneer电子公司。这类的结构，有些Tg可达200℃。而m-MTDATA（Tg 75℃）及2-TNATA(Tg 110℃)也常被用来减低阳极ITO及电洞传输层（HTL）之间的能障，组件结构(glass/ITO/m-MTDATA/TPD/AlQ3/Mg:Ag)已可达到很高的发光效率及耐久性。

美国的Xerox公司开发出另一种星放射状的电洞传输材料(注8)，其结构具有tris-(phenoxazinyl)及tris-(phenothiazinl)-triphenylamine的衍生物，其具有较高热稳定性(Tg120℃)及导电性。

还有一种电洞传输材料是silanamine的结构，用在有机电激发光组件上也比较不会再结晶，可惜的是关于这类电洞传输材料如何改善组件之稳定性的数据并没有公开。这一类有机硅胺化合物的结构其实是由TPD改变而来，只需将TPD上的二个phenyl基改用triphenylsilyl基来替换，如此便可以提高此类化合物的热稳定性。

德国Covion公司也发展出一种Spiro型电洞传输材料(注9)，命名为Spiro-NPB及Spiro-TAD，而其Tg分别为147℃及133℃，此类材料拥有较高Tg所以其在组件的表现较NPB为好。

美国Kodak公司最近发表一种金刚烷型triphenylamine电洞传输材料(注10)，其是利用金刚烷的构形的固定来提高其Tg (Tg=155℃)并在组件上有更好的表现。其它尚有许多的有机电洞传输材料，在此无法一一详细介绍。

电子传输材料(electron transport materials)

用于OLED的主发光体(host emitter)很多皆具有传输电子的特性，故在此一并介绍，其中最常被使用的电子传输材料为Alq，虽然Alq不算是一个很好的电子传输材料，却是一个合成容易、价格低廉的材料，所以它是目前最为普及的材料。除了Alq系列外，电子传输材料尚有BeBq2、OXD、TAZ、PD、TPS等的衍生物或一些金属错合物均有传输电子的能力

日本的Kyushu大学首先发现Biphenyl-p-(t-butyl)phenyl-1,3,4-oxadiazole (PBD)可用来当作有机电激发光组件中的电子传输材料。之后很多类似1,3,4-oxadiazoles(OXD)的衍生物（图五）也相继被应用在有机电激发光组件中。

《图五 电子传输材料》

将OXD中的氧原子用氮原子来取代则可得到TAZ的结构，日本九州岛大学的Kido教授与Sumitomo公司合作开发1,2,4-triazoles(简称TAZ)(注11)的衍生物，其Tg 140℃，当与Alq一起当作电子传输材料，组件(ITO/TPD/TAZ/Alq/Mg:Ag)在16V时最大亮度可达3700 cd/m2，而组件发出的光是来自于TPD且为蓝光，而Kido也利用类似的组件结构，在TPD层(电洞传输层)加入TPB、coumarine 6及DCM-1，则结果发出白光(CIE : x=0.34, y=0.33)。

日本的Sanyo公司提出另一类的金属错合物(注12) : ZnNBTZ、ZnBTZ、Zn(tOc-BTAZ) ，而ZnNBTZ及ZnBTZ的放射波长分别为594 nm、524 nm，而Zn(tOc-BTAZ)发出绿光(CIE :ｘ＝0.311, y = 0.583)，其中使用ZnBTZ当电子传输材料的组件(ITO/MTDATA /TPD : Rubrene/ ZnBTZ/Mg :In)在15V时，最大亮度可达76000 cd/m2。

普林斯顿大学Forrest等与UCLA的Thompson等共同合作开发另一类金属错合物(注13)，但其放射波长分别为390 nm、 402 nm，故较适合作为蓝光的主发光体(host emitter)之用。

Kodak最近发表以Anthracene为主体的主发光体(注14)，其放射波长为450 nm。当以Alq为电子传输材料，其组件(ITO/NPB/9,10-di(2-naphthyl) anthracene/Alq/Mg:Ag)在电流密度为20 mA/cm2时，最大亮度可达333 cd/m2 (CIE : x = 0.187, y = 0.218)。而其作为主发光体(host)时，组件(ITO/NPB/9,10-di (2-naphthyl) anthracene : SD2/TPBI/Mg:Ag)在电流密度为20 mA/cm2时，最大亮度则为1006 cd/m2 (CIE : x = 0.137, y = 0.203)。

德国的Hoeschst Aktiegesellschaft 公司最近开发一种naphthalimide型的主发光体(注15)，其组件(ITO/TPD/ naphthalimide /Mg:Ag)在电压为10V时，最大亮度为14cd/m2，放射波长为580 nm。

客发光体(Guest Emitter)

客发光体可在主发光体的矩阵中，藉由能量转移及载子捕获(carrier trap)的机制，导致客分子(dopant)发光。目前已经公开结构的蓝光客发光体以BCzVBi及perylene（图六）为最好，将BCzVBi参杂在主发光体DPVBi时，组件可得到良好的效率，可惜的是主发光体DPVBi的热稳定性较差（Tg只有63℃），现在Idemitsu公司有推出新的编号IDE120的蓝光主发光材料，及编号IDE102（light-blue）及IDE105(deep-blue)的蓝光客发光材料，这些材料的数据并没有公开，但笔者相信这些蓝光发光材料无论在热稳定上或是效率上应该有更令人惊讶的表现。至于柯达公司所推出的Anthracene为主体的主发光体及客发光体perylene系列，其热稳定性并不很理想，所以一般也是在这些化合物上加一些立体障碍较大的取大基来提高这类材料的热稳定性。

《图六 蓝光客发光体》

在绿光客发光体方面，Kodak最近继Coumarin 6之后开发出新型Coumarin系统(注16)，其中以Coumarin 545TB为客分子时，其组件(ITO/NPB/Alq : Coumarin545TB /Alq / Mg:Ag)在 6.9V时，最大亮度为2014 cd/m2，组件的电激发光效率已达4.62 lm/W，而其放射波长为524 nm。

至于在红光部分，柯达最早在红光领域中用的客发光材料是一个很有名的雷射色素DCM，他的激发光效率是78%，波长在λmax=596 nm而且随着浓度的不同λmax也会跟着有所改变，一般而言最理想的参杂浓度大约是在0.5%，发光效率可达2.3%。但所呈现的光色偏橘。后来，柯达公司继续将此结构作修改，让整个分子的立体障碍变的更大，而有DCM-2及DCJTB产生，但这类红光发光材料在有机电激发光组件中所呈现出来的光色依然是偏橘光。值得一提的是，去年底，工研院材料所所展览的有机电激发光全彩面板中的红光， λmax可达650nm，而且效率可高达2.5 lm/W。目前这个红光的专利正在申请审理中。

在客发光体发展方向，最近出现利用磷光特性的客发光体材料，其中最为着名的就是普林斯顿大学Forrest等及Thompson合作开发的Metal Porphine Complex型红光材料(注17)，其中以PtOEP为例，其组件(ITO/NPB/Alq : PtOEOP/Alq/Mg : Ag)的电激波长随着PtOEOP浓度增加有红位移现象，而当浓度增加至20%时其放射波长达到650 nm。此外他们另也开发一个绿光的材料为Ir(ppy)3，其组件(ITO/NPB/ Ir(ppy)3 :CBP/BCP/Alq/Mg : Ag)在4.3V时最大亮度可达100 cd/m2，而电激发光的量子效率及功率分别可达7.5%及19 lm/W。

虽然磷光PtOEP红光材料在颜色上可达深红的程度，但其做成组件时的效率只能达到2 lm/W。最近有另一种新的红光磷光材料Ir(Btp)2acac(CIE x=0.68, y=0.32)，其做成有机电激发光组件时效率可高达4.6 lm/W。而至于蓝光磷光材料的开发一直是UDC公司的重点，虽然要设计出蓝光的磷光材料有一定程度上的困难，但在去年的研讨会上，Forrest发表了一个崭新的蓝光磷光材料FIrpic，虽然他做成组件时的效率及光色(CIE x=0.16, y=0.29)均不理想，寿命更只有100小时，但这是一个值得我们讶异的开端，相信不久之后，在蓝光的磷光材料上一定会有令人惊喜的进步的。

结语与展望

OLED显示器具有：高对比度、低电压高亮度、低power consumption、广视角，以及超高分辨率；使得其适用于各种不同的直视型平面显示器；这些包含：高信息与低信息含量显示器。且随显示器尺寸以及画素数，可以来决定是要使用被动或是主动驱动方式。另一方面，由于OLED组件的高发光效率，其相当适用于一些背光版应用，特别是轻、薄、小的显示器。在未来显示器应用上，OLED on flexible 和bendable基材上，让其相较于其他平面显示技术而言，独树一格。

此外OLED不只可用在平面显示器上，也可用在白光照明上，美国明订在2010年希望将美国的照明设备换成LED（160 lm/W）或是OLED(100 lm/W)，目前OLED白光的效率虽然还不到20 lm/W，但其进步的空间是很大的。目前OLED组件结构的设计并没有考虑的光的回收，而且若将发光材料由荧光材料改成磷光材料，理论上是可以增加为三倍的，最近的期刊上已经可以看到Forrest等人已经着手进行用红绿蓝三种磷光材料来做成白光OLED的组件，目前的效率约只有1 lm/W，相信若有更好的磷光材料被开发出来，以及组件制成上找到更好的条件，再加上一个好的电洞阻挡材料（hole blocking material）CF-X，CF-Y(注18)，OLED的平面照明是指日可待的。

(作者为工研院材料所有机发光二极管计划研究员)

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致谢：

感谢工研院材料所有机发光二极管计划所有同仁的帮忙，才能顺利完成此搞。若有不妥处，请读者与笔者联络：E-Mail: M.J.Chen@itri.org.tw ; TEL : 03-5915314。＞