有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode）

有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode）
國立台灣師範大學化學研究所曾麗宇碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，簡稱OLED）顯示器又稱為有機電致發光顯示器（organic electroluminescent display，簡稱OEL Display）。相較於目前炙手可熱的顯示器（Liquid Crystal Display， LCD），有機發光二極體具有反應時間短、視角大、低驅動電壓、製程簡單、可撓曲（flexible） 等優點，且有機電致發光顯示器所使用的有機化合物材料屬於自發光材料，因此不須像液晶顯示器需在面板後加上背光源（back Light），而大幅降低耗電量及成本，相當符合商業化的需求。

有機發光二極體元件的發光機制為電致發光（electroluminescent，簡稱EL），最早期的元件結構是將有機物質夾在兩電極間的三層式結構，如圖一所示，

在外加電場下，將電子（electron）和電洞（hole）從陰、陽兩極分別注入有機發光材料，當電子與電洞再結合時而形成激子（exciton）接著伴隨以光的形式釋放能量而發光，此過程即為電致發光（electroluminescent），另外此種發光元件結構包含了陰極，陽極與發光層三個部分其功能分述如下：
1.陰極（cathode）：功用為將電子注入有機發光體的最低未佔據軌域（lowest unoccuppied molecular orbital，LUMO）。為了能有效將電子注入有機發光體的最低未佔據軌域，因此常用低功函數（work function）的金屬，如：鈣、鋁、鎂或週期表IA族的鋰、鈉等金屬。

2. 陽極（anode）：功用為將電洞注入有機發光體，即將有機發光體最高佔據軌域（highest occuppied molecular orbital，HOMO）中的電子移出而形成洞子。最常用的陽極是導電的金屬氧化物–氧化銦錫，其優點為穩定、導電性佳且透光性好，功函數在4.5 eV 至 4.8 eV左右。

3.發光層（emission layer，EML）：發光層為有機共軛分子的薄膜所構成。此層即為元件中發光的區域，其發光原理如圖一所示。在外加電壓時，將電子與電洞分別經由陰陽極注入發光層，便有機會在發光層中再結合（recombine）而形成激子（exciton），之後激子可藉由輻射衰退（radiative relaxation）的方式而產生電致發光。

但近年來許多研究指出，有機電致發光的材料常發生由於電子及電洞載子之傳導速率不一，而使得在發光層中所產生的激子會傾向集中於陰極或陽極附近，造成激子被電極淬熄的機率增加導致發光效率的下降。近年來學者利用在發光層與金屬氧化物–氧化銦錫間加入電洞傳輸層（hole transporting layer，簡稱HTL）利用調整搭配的材料來增高元件的發光效率。一般作為電洞傳輸層材料為多電子的化合物，其特性為游離能（ionization potential，IP）小於發光層，此一特性可幫助洞子注入發光層的最高佔據軌域，且其電子親和力（electron affinity，EA）小於發光層，可將電子限制在電洞傳輸層與發光層的介面，進而限制其再結合區域。反之，當電子傳輸層（electron transport layer，簡稱ETL）材料的化合物為缺電子性化合物時，電子親和力及游離能會大於發光層（圖二）。