前言

有機EL（Electro Luminescence）顯示器屬於主動性發光元件，具有大視角、高對比、高反應速度等LCD無法媲美的特性，因此最近幾年有機EL顯示器的發展動向，成為相關業者關注的焦點之一。

1997年日本PIONEER首度量產單色綠光有機EL顯示器，廣泛應用在汽車與行動電話的顯示螢幕等領域。一般認為不論是多色（multi color）或是全彩（full color）有機EL顯示器，提升R、G、B各色的EL材料特性與使用壽命，都是未來有待克服的課題。

此外傳統螢光體材料構成的有機EL顯示器，面臨發光效率、光學特性與使用壽命等技術瓶頸，1999年Baldo氏發表燐光有機EL材料之後，立即引起日本國內高度重視，隨後NHK、Pioneer、出光興產等國外大企業陸續加入研發行列，接著本文要介紹燐光有機EL材料長壽化技術最新發展動向。

《圖一 Ir錯體構成的燐光元件基本結構與不同類型的素材》

發展經緯

99年Baldo氏以銦錯體當作發光材料的綠色元件如(圖一)，它與傳統螢光體構成的發光元件不同，尤其是燐光發光元件的超高外部量子效率，幾乎完全顛覆傳統觀念。

一般認為有機EL的發光機制中，載子再結合後的一重項激發因子，與三重項激發因子的發生機率大約是1:3，換句話說單純理論計算利用燐光發光元件的發光效率，比傳統螢光體一重項激發因子高3倍左右，DC驅動時外部量子效率更超過15％以上。

不過Baldo氏發表的元件使用壽命非常短，驅動時，100小時後輝度就開始減半，造成使用壽命減短的原因可能與發光機構中燐光本身有關，因此針對dopant的穩定性、host材料CBP、hole blocking層BCP的穩定性，以及各材料的純度進行檢討、改善，對元件使用壽命的提升似乎毫無助益，必需深入探討燐光有機EL元件短壽命的原因是否是燐光材料造成的現象。

《圖二 以驅動時，各濃度與元件使用壽命的變化特性。 》

燐光材料長壽化的可行性

濃度最佳化設計

此處以圖一Baldo氏發表的材料為平台（base），探討燐光有機EL元件長壽化的可行性。

根據實驗結果證實dopant的濃度5～8wt％時外部量子效率最高，然而以往許多螢光體構成的有機EL元件實驗經驗顯示，最佳效率時的dopant濃度與長壽命化並無直接關係，效率與壽命不一致的情況反而居多，某些場合即使效率降低仍舊可以延長元件壽命，因此最後決定先進行濃度與壽命的關連性實驗。

(圖二)是以驅動時，各濃度與元件使用壽命的變化特性，根據測試結果顯示的濃度為5～8wt％時，外部量子效率最高前提下，元件壽命大約是100小時，的若濃度超過5～8wt％時元件壽命相對降低，隨著濃度減少量子效率下跌的同時壽命卻逐漸提高，壽命最長時的濃度大約是2.9wt％，此時元件的壽命為700小時，大約是濃度8.6wt％時的7倍。

雖然此時量子效率只有11.4％，即使如此仍然比傳統螢光體構成的有機EL顯示器高，不過濃度若低於2.9wt％以下的話，元件使用壽命反而會降低，換句話說透過濃度最佳化設計犧牲部份量子效率，理論上可以大幅提燐光高機EL元件的使用壽命。

《圖三 以CuPc當作HIL的元件結構與CuPc》

採用Hole（HIL）注入層

傳統螢光體有機EL顯示器大多是將NPB單體當作輸送層(HTL)使用，相較之下ITO與NPB之間的Hole（HIL）注入層若改用CuPc的話，除了可以提高元件的使用壽命之外，還可以抑制定電流驅動時的驅動電壓上升，有鑑於此Pioneer方式應用在燐光有機EL顯示器。

如(圖三)所示它是利用透明電極與NPB層挾持CuPc，接著根據上述濃度2.9wt％可以獲得長壽命的實驗結果，進行有無CuPc層對元件壽命影響的測試，實驗時同樣是以定電流驅動。

根據(圖四)得測試結果顯示，插入CuPc時的外部量子效率比未使用CuPc低25%左右，不過元件的半減壽命卻可以延長300小時，接近1000小時。

有關外部量子效率降低，主要是各有機層未形成可以維持最低膜厚的島嶼狀，造成發光site至玻璃基板/ITO界面的光學膜層厚度最佳化潰散，最後導致無法有效利用光干涉特性。

此外，有關抑制驅動電壓上升，如(圖四)所示無CuPc的元件驅動電壓上升非常急峻，不過只要添加CuPc就可以有效抑制驅動電壓的上升，由此可知將CuPc當作HIL使用的方法，對驅動電壓上升能夠發揮良好的影響。

《圖四 插入CuPc的元件壽命變化》

變更Hole blocking（HBL）層

BCP經常被當作Hole blocking（HBL）層使用，不過BCP材料本身並不穩定，而且一直被認為是造成燐光有機EL元件壽命縮短的原因之一，因此Pioneer改用同樣是電子輸送劑，不過穩定性受到一定程度認定的Balq(圖五)取代傳統的BCP。

《圖五 以HBL當作BAlq的元件結構與BAlq》

(圖六)是以定電流驅動方式，進行添加BAlq的燐光有機EL元件壽命測試獲得的結果。如圖所示添加BAlq時元件壽命大幅提高，DC驅動時初期輝度的半減壽命高達3000小時，比上述實驗初期的100小時高30倍以上；初期輝度為時的半減壽命超過2萬小時，不過此時外部量子效率會銳減20％只有6.8％左右，根據以上結果證實添加BAlq對燐光有機EL元件的長壽化具有決定性的影響。

《圖六 以BAlq當作HBL的元件壽命變化》

有關外部量子效率降低現象，同樣是HBL事實上BAlq的外部量子效率跌幅遠大於BCP，雖然傳統綠色螢光體有機EL顯示器的外部量子效率，比燐光有機EL顯示器的6.8％高1.5倍，使得燐光元件超高外部量子效率優勢遭到挑戰，不過透過光學膜層厚度最佳化設計，可以大幅改善燐光有機EL元件的外部量子效率。

必需注意的是如果要維持各有機膜層最低厚度的話，傳統110nm的ITO膜層厚度不再是最適宜的光學膜厚。(表一)是ITO膜層厚度50nm時改變NBP層厚度之後獲得的燐光有機EL元件特性，由表一的資料可知光學膜厚的最佳化設計，燐光有機EL元件的外部量子效率可以從6.8％一舉回復到9.1％水準，而且DC驅動時初期輝度為，半減壽命則超過3000小時，如果以的初期輝度換算，相當於2萬小時的使用壽命，由於可知光學膜厚的最佳化設計具有提高燐光有機EL元件的外部量子效率與使用壽命雙重效果。

結語

如上所述燐光有機EL元件具備螢光有機EL元件無法媲美的發光效率，不過使用壽命卻只有100小時左右，因此理論上毫無實用價值，不過透過以下列技術的改善，DC驅動時初期輝度為，半減壽命則超過3000小時，相當於的初期輝2萬小時的使用壽命。