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2015-05-01有機發光二極體OLED
545 期
Author 作者
趙君傑／現任臺北市立建國中學化學科教師。
世界各國積極發展新世代以OLED為主流的顯示技術，臺灣在此競爭中也不落人後，2010年工研院研究團隊掌握「軟性」OLED技術，製造出可撓曲的顯示器，讓科技電影中像紙張一樣輕薄，可收納、彎折的顯示器，不再遙不可及。
OLED全名為有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode），是現今各國光電產業研發重點之一，但在高中科學教育裡，對於相關技術僅簡言帶過，筆者撰文將此科技做更進一步介紹，期盼能作為教學現場的補充資料，且能吸引更多優秀人才投入研究工作。
有機發光二極體的發展
紅光與綠光無機LED自60年代起就已出現，但藍光LED受限於發光效率不佳，間接導致利用三原色調色的白光LED商品一直遲遲無法問世。直到日本學者赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）、中村修二（Shuji Nakamura）在藍光LED上的努力，終於在1990年代初期有了革命性發展，三位學者更因此獲得2014年諾貝爾物理獎。但無機LED受限於磊晶生產技術，所以無法製造出高解析度顯示器， 故大多用於LCD背光源或是一般照明設備。然而，OLED可彌補此一缺憾，提供做為高解析度顯示器的應用。
有機材料的電激發光行為，在1963年波普（Pope）等人就已發現。利用厚度約5mm的蒽（anthracene）作為發光層，當外加電壓大於100伏特以上，蒽可發出微弱的藍光，可惜發光效率不佳。直到1987年，美國柯達公司的鄧青雲團隊，將有機小分子在高溫低壓的條件下，把材料真空蒸鍍（vacuum evaporation）並製成雙層元件（device），在小於10伏特的電壓下，外部量子效率可達到1％。不但開啟了OLED的實用性與未來性，更吸引各國科學家投入相關研究。
蒽anthracene
是一種稠環芳香烴，當外加電壓大於100伏特以上，可發出微弱的藍光。
1963年，波普等人利用有機材料「蒽」作為發光層，開啟有機發光的大門，其所發表的文獻，為世界上第一篇與OLED有關的論文。
有機物本身具有良好的加工性與成膜性，加上可藉由化學結構的設計與改變，調整材料本身的熱性質、發光性質與導電性，使得材料應用性大為提升。目前亞洲國家，包含臺灣、韓國與日本等大多採用有機小分子，以真空蒸鍍技術來製造出元件，這類元件稱為OLED；而歐洲國家則利用有機高分子，以旋轉塗佈（spin coating）或噴墨印刷（inkjet printing）的技術來製造出元件，這類元件稱為PLED（ Polymer Light Emitting Diode）。兩者雖製程方式略有不同，但原理相同。
OLED的原理
在元件中，因為每層材料特性都不相同，例如：能階高低、電荷在材料中遷移速率，所以除了材料的種類、元件結構設計以外，另外像是各層材料的厚度、熱穩定度或是軟性塑膠基板的種類與陰極金屬的選擇等，也是各研究團隊努力尋找與嘗試的方向，更是各研發團隊機密。……【更多內容請閱讀科學月刊第545期】