oled是什么意思？什么叫OLED

OLED(Organic light emitTIng diode)是继TFT-LCD(Thin film transistor liquid crystal display)，新一代之平面显示器技术。其具备有构造简单、自发光不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广等优点。1987年，美国Kodak公司邓青云(C.W. Tang)博士等人，将OLED组件及基本之材料确立[1]。1996年，日本Pioneer公司成为第一家将此技术量产化之公司，并将OLED面板搭配於其所生产之车用音响显示器。近年来，由於其前景看好，日本、美国、欧洲、台湾及韩国之研发团队如雨後春笋般相继成立，导致了有机发光材料日益成熟，设备厂商蓬勃发展，以及相继工艺技术不断之演进。
然而，OLED技术于原理及工艺上，与目前发展成熟之半导体、LCD、CD-R甚或LED产业虽有相关，但却有其独特know-how之处；因此，OLED量产化仍有许多瓶颈。台湾铼宝科技公司系由1997年开始研发OLED之相关技术，于2000年成功量产OLED面板，成为继日本东北先锋後，全世界第二家量产OLED之面板公司；而2002年，更陆续外销出货单彩(mono-color)及区域多彩(area-color)面板如图一所示，并提升良率及产量，一跃而成为世界上产量最大OLED面板供应商。

[图一：铼宝之区域多彩及单彩OLED面板]

    由於OLED工艺中，有机膜层之厚度将影响元件特性甚钜，一般而言，膜厚误差必须小於5纳米，为名符其实之纳米科技。举例来说，TFT-LCD平面显示器之第三代基板尺寸，一般定义为550mm x 650mm，在此尺寸之基板上，欲控制如此精准之膜厚，有其困难性，也因此限制了OLED在大面积基板之工艺，和大面积面板之应用。目前而言，OLED之应用主要为较小之单色(mono-color)及区域多彩(area-color)显示器面板，如：手机主萤幕、手机副萤幕、游戏机显示器、车用音响萤幕及个人数位助理(PDA)显示器。由於OLED全彩化之量产工艺尚未臻至成熟，小尺寸之全彩OLED产品预计於2002年下半年以後才会陆续上市。由於OLED为自发光显示器，相较於同等级之全彩LCD显示器，其视觉表现极为优异，有机会直接切入全彩小尺寸高档产品，如：数码相机和掌上型VCD(或DVD)播放器，至於大型面板(13寸以上)方面，虽有研发团队展示样品，但量产技术仍尚待开发。
    OLED 因发光材料的不同，一般可分小分子(通常称OLED)及高分子(通常称PLED)两种，技术的授权分别为美国的Eastman Kodak(柯达)和英国的CDT(Cambridge Display Technology)，台湾铼宝科技公司是少数同时发展OLED和PLED的公司。在本文中，主要介绍小分子OLED，首先将会介绍OLED原理，其次介绍相关关键工艺，最後会介绍目前OLED技术发展之方向。

OLED之原理
    OLED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。由於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。因此此元件於真空镀膜完毕後，必须於无水气及氧气之环境下进行封装工艺。
    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。如图二所示，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。就OLED组件演进历史中，1987年Kodak首次发表之OLED组件，系由两层有机材料所构成，分别为空穴传输层及电子传输层。其中空穴传输层为p型之有机材料，其特性为具有较高之空穴迁移率，且其最高占据之分子轨域(Highest occupied molecule orbital，HOMO)与ITO较接近，可使空穴由ITO注入有机层之能障降低。

[图二：OLED结构图]

    而至於电子传输层，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，由於电子传输层之最低非占据分子轨域(Lowest unoccupied molecule orbital，LUMO)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，遂被阻挡於此介面。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(Fluorescence)材料系统而言，由选择率(SelecTIon rule)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(Phosphorescence)材料成为新一代的OLED材料[2]，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)於电子传输层中靠近空穴传输层之部分，又称为发光层[3]，其体积比约为1%至3%。掺杂技术开发系用於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(Dye)。由於有机染料之发展源自於1970至1980年代染料雷射，因此材料系统齐全，发光波长可涵盖整个可见光区。在OLED组件中掺杂之有机染料，能带较差，一般而言小於其宿主(Host)之能带，以利exciton由host至掺杂物(Dopant)之能量转移。然而，由於dopant能带较小，而在电性上系扮演陷阱(trap)之角色，因此，掺杂层太厚将会使驱动电压上升；但若太薄，则能量由host转移至dopant之比例将会变差，因此，此层厚度必须最佳化。
    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[4]，降低驱动电压。
    由於空穴传输层材料之HOMO值与ITO仍有差距，此外ITO阳极在长时间操作後，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值恰介於ITO及空穴传输层之间，有利於空穴注入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。