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OLED的制造原理及元件制作

OLED的制造原理及元件制作

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OLED显示屏组件系由n型有机材料、p型有机材料、阴极金属及阳极金属所构成。电子(空穴)由阴极(阳极)注入,经过n型(p型)有机材料传导至发光层(一般为n型材料),经由再结合而放光。一般而言,OLED元件制作的玻璃基板上先溅镀ITO作为阳极,再以真空热蒸镀之方式,依序镀上p型和n型有机材料,及低功函数之金属阴极。由于有机材料易与水气或氧气作用,产生暗点(Dark spot)而使元件不发亮。因此此元件于真空镀膜完毕后,必须于无水气及氧气之环境下进行封装工艺。

OLED的制造原理及元件制作

在阴极金属与阳极ITO之间,目前广为应用的元件结构一般而言可分为5层。从靠近ITO侧依序为:空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层。

而至于电子传输层,系为n型之有机材料,其特性为具有较高之电子迁移率,当电子由电子传输层至空穴电子传输层介面时,由于电子传输层之最低非占据分子轨域较空穴传输层之LUMO高出甚多,电子不易跨越此一能障进入空穴传输层,遂被阻挡于此介面。此时空穴由空穴传输层传至介面附近与电子再结合而产生激子(Exciton),而Exciton会以放光及非放光之形式进行能量释放。以一般萤光材料系统而言,由选择率之计算仅得25%之电子空穴对系以放光之形式做再结合,其余75%之能量则以放热之形式散逸。近年来,正积极被开发磷光材料成为新一代的OLED材料,此类材料可打破选择率之限制,以提高内部量子效率至接近100%。

在两层元件中,n型有机材料-即电子传输层-亦同时被当作发光层,其发光波长系由HOMO及LUMO之能量差所决定。然而,好的电子传输层-即电子迁移率高之材料-并不一定为放光效率佳之材料,因此目前一般之做法,系将高萤光度的有机色料,掺杂(Doped)于电子传输层中靠近空穴传输层之部分,又称为发光层,其体积比约为1%至3%。掺杂技术开发系用于增强原材料之萤光量子吸收率的重点技术,一般所选择的材料为萤光量子吸收率高的染料。

阴极之金属材料,传统上系使用低功函数之金属材料(或合金),如镁合金,以利电子由阴极注入至电子传输层,此外一种普遍之做法,系导入一层电子注入层,其构成为一极薄之低功函数金属卤化物或氧化物,如LiF或Li2O,此可大幅降低阴极与电子传输层之能障,降低驱动电压。

由于空穴传输层材料之HOMO值与ITO仍有差距,此外ITO阳极在长时间操作后,有可能释放出氧气,并破坏有机层产生暗点。故在ITO及空穴传输层之间,插入一空穴注入层,其HOMO值恰介于ITO及空穴传输层之间,有利于空穴注入OLED元件,且其薄膜之特性可阻隔ITO中之氧气进入OLED元件,以延长元件寿命。

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