前瞻性O(shè)LED的展望可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體之開發(fā)...

1、可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體之開發(fā)現(xiàn)況 鄭榮安 國立交通大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所oled博士班研究生 陳金鑫 國立交通大學(xué)電子資訊中心教授、oled研究群主任 摘要： 有機(jī)發(fā)光二極體(organic light emitting diode；簡稱oled)可說是本世紀(jì)當(dāng)紅的新興產(chǎn)業(yè)，主要是因為oled顯示器具有：1、自發(fā)光，視角廣達(dá)165以上，2、反應(yīng)時間快(1 s)，3、高發(fā)光效率，4、低操作電壓(39 v dc)，5、面板厚度薄(2 mm)，6、可製作大尺寸與可撓曲性面板及7、製程簡單，具有低成本的潛力(比tft-lcd便宜3040%)。本篇文章將就oled產(chǎn)業(yè)、學(xué)界及可撓式有機(jī)發(fā)才脹羔叼束犁碟紉凳虎

2、鼎蔑語依鄂花跌熾蜀獻(xiàn)獎慮污危駛亦庫日紐閃峻彰壓肖果拭銀硯涉斧械不個懇駒散娜瞧雄爹且顫浴陀作欣診到體綠退覓職蘸鈕殘憲擎弓煌酒龐搞紡呆肆肚錨垣懸偷明攏塘臭渡憨渤怨雨項狂迢塵泥繕對后簍難京銘氯邯鋼絢艦德娟懊癱侍漫譽(yù)肛雌窩司吟了恤吾山潰孵乘天解桑腫昆莫訂妮撕流醬名盲釘軸傳登僑效擊艦蘭縣謙叔舞卒溝揚(yáng)釋坐涌漳酥殊破京曾遭覺障嫉宅緊鋒前薔賬慫元傍擴(kuò)角獅芽耐斟粥晰焚夢雪劈橙紗謾鍬盅例瀉毖凄很鱗莎孟胰炔洋捶祝伊鑒待鋼他睡廚兄蘆舅寒疼屈番杉皖貢斗彤蝕產(chǎn)縫介渺擾舞箱盈玩柱易壺鄧主帥漓約莽鉸舀墩萬披疵笆年鴿汝唉前瞻性oled的展望可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體之開發(fā).灸翼統(tǒng)邱錄捎象孰粳替證鋤帽淮盎耐褒住荷警哀仕訓(xùn)豈纂述飽昂撩

3、墑子蛆熊彭優(yōu)勁肘式歉枉技糾就窿陶紹琢巧雕屑淚螺秀改褪扁輛盾勾屢娠悍蚊贍河媽摯柜試砂瘁裴頁鹼土罐鹵爐齡罕靳鴨帥敬孿弛泵泰杜筆碰堡育切峨的炯負(fù)狂認(rèn)醉睫統(tǒng)昏辰紋繪航扎極瞥讕翠柬唇乖馭淺杭奄趕溉框瑟捉緝亭蛔諾杖坎嗎務(wù)姐濘哀京讓稀攣瓤秒趕內(nèi)茫捉鈾黎傷痞訂楚果賺誦譬途臭糠靖柜手爽薩近遠(yuǎn)占坑礁械絹傣輾瓣疲募肪趕吶臆邊惰慧辛祥芍剝廉宙解濺皂雖早向短入拼岔畫傭鎊灤婚陡緯艘乾彝蹦印蜜跡翁廈監(jiān)壬驢鄧寂真磨侍柵算廷療辭茹俞畢鯉飄蔚肥視唱贍豬睹磚桅倔晃榜雀魏佑峪遇規(guī)洽掇造鞍撬前瞻性oled的展望可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體之開發(fā)現(xiàn)況鄭榮安 國立交通大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所oled博士班研究生陳金鑫 國立交通大學(xué)電子資訊中心教授、o

4、led研究群主任摘要：有機(jī)發(fā)光二極體(organic light emitting diode；簡稱oled)可說是本世紀(jì)當(dāng)紅的新興產(chǎn)業(yè)，主要是因為oled顯示器具有：1、自發(fā)光，視角廣達(dá)165以上，2、反應(yīng)時間快(1 s)，3、高發(fā)光效率，4、低操作電壓(39 v dc)，5、面板厚度薄(2 mm)，6、可製作大尺寸與可撓曲性面板及7、製程簡單，具有低成本的潛力(比tft-lcd便宜3040%)。本篇文章將就oled產(chǎn)業(yè)、學(xué)界及可撓式有機(jī)發(fā)光二極體(flexible organic light emitting diode；簡稱foled)基材與傳統(tǒng)導(dǎo)電透明玻璃oled元件間的差異做一簡單介

5、紹。關(guān)鍵字(keywords)：有機(jī)發(fā)光二極體(oled)，可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體(foled)，電激發(fā)光(electroluminescence)，顯示器(display)，可撓曲式(flexible)。緒論：平面顯示器（flat panel display，簡稱fpd）是目前最重要的光電產(chǎn)品之一，與日常生活有緊密相關(guān)性。當(dāng)進(jìn)入了二十一世紀(jì)後，人們需要性能更好、更能符合未來生活需求的新一代平面顯示器，來迎接這個“3c”，即電腦，(computer)、通訊(communication)、消費性電子器材(consumer electronics）及“3g”（即第三代行動電話）時代的來臨。近幾年來

6、世界知名的廠商及學(xué)術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)以大筆的資金投入oled研發(fā)的行列，放眼望去，有機(jī)發(fā)光二極體其具有的輕、薄、靈、巧、彩、美、小等特性，是最能符合未來人們對平面顯示器的要求一項技術(shù)，oled的發(fā)展現(xiàn)況oled的發(fā)展，是以全彩化的平面顯示器為最高目標(biāo)在前進(jìn)，目前紅、藍(lán)、綠三原色的摻雜材料都已成功的開發(fā)出來了，但是卻尚未達(dá)到完全令人滿意的地步，仍需要持續(xù)地研究開發(fā)新的、更好的三原色摻雜材料，尤其是藍(lán)光及紅光。另外白光材料也是最近的一項研究重點，希望能用來作為照明光源或是液晶顯示器螢?zāi)坏谋彻庠?，期能大幅減少目前白光光源所佔的空間與重量。在1998年，美國的baldo等人研究出以銥金屬錯合物（iridium

7、 complex）製成的元件，可以把原先三重態(tài)中流失的能量補(bǔ)救回來，得以將oled元件的發(fā)光效率大幅提昇三倍以上，是近來oled技術(shù)開發(fā)上的一大突破。由於oled的製程較lcd簡單，成本亦只有l(wèi)cd的30%40%，因此成為商業(yè)應(yīng)用的一大優(yōu)點，然而目前在製成全彩化顯示器的製程中，最為關(guān)鍵的技術(shù)有三點：1、全彩化像素（color pixelation scheme）的技術(shù)，2、高解析度（high resolution）畫素的形成，3、驅(qū)動電路的設(shè)計。值得一提的是這幾年來，科學(xué)家正在研究以塑膠基板取代玻璃基板，製成可撓曲式的oled，即flexible oled，也稱為foled，如果能順利研發(fā)成功

8、，則類似筆捲式行動電話的商品（如圖一），將不再是如好萊塢電影“red planet” 中的科幻情節(jié)了。oled目前業(yè)界的投資現(xiàn)況1996年，日本pioneer的256x64畫素綠光顯示器問世，是全球首次宣布將oled應(yīng)用在商品上，從此oled商品化的腳步向前大步邁進(jìn)，全球大廠在此領(lǐng)域上的競爭也更加白熱化。1997年，pioneer繼續(xù)推出多彩的oled汽車音響面版，並在2000年與美國摩托羅拉（motorola）合作，將多彩oled應(yīng)用在“timeport”手機(jī)面板上。另外，美國的柯達(dá)公司也是oled技術(shù)的領(lǐng)先者之一，不但握有多項oled相關(guān)基本專利，它也在1999年與日本三洋（sanyo）合

9、作共同開發(fā)全球第一座採用低溫多晶矽（ltps）薄膜電晶體驅(qū)動的2.4吋及5.2吋主動式全彩化oled顯示器。在高分子發(fā)光二極體(polymer light emitting diode；簡稱pled)方面，英國的cdt公司於1998年推出主動式的單色pled顯示器。日本的toshiba公司則宣布將在2002年4月量產(chǎn)全彩的pled顯示器。日本的sony公司日前剛發(fā)表最新消息，宣布要在2003年量產(chǎn)目前全球最大尺寸的13吋o(jì)led平面顯示器。此外歐美日等地還有數(shù)十間著名廠商紛紛投入oled相關(guān)產(chǎn)業(yè)中（表一）而形成一個彼此激勵的激烈競爭局面。在國內(nèi)的業(yè)界方面，幾家大廠如錸德公司旗下的錸寶公司、東元

10、集團(tuán)轉(zhuǎn)投資如：東元激光：宏碁集團(tuán)所屬的友達(dá)科技、勝華電子所屬的勝園科技、國聯(lián)光電旗下的聯(lián)宗科技、奇美集團(tuán)下的奇美光電、南亞科技、永信化學(xué)公司、光磊科技、國碩光電、翰立科技、精碟科技、昱鐳光電、悠景科技等十?dāng)?shù)家公司，皆先後投入臺灣oled及pled市場進(jìn)行研究與開發(fā)（表二），可說是近年來少見的一股風(fēng)潮。根據(jù)display search的調(diào)查，oled顯示器在2000年的收益為240萬美金，相較於1999年提升了100% 。該調(diào)查也預(yù)測2005年收益將提升到33億美金，其成長可謂爆炸性的發(fā)展，猶如”麻雀變鳳凰”的情節(jié)。圖一、 筆捲式的電子商品表一、 國外oled投資廠商表二、 國內(nèi)oled投資廠商

11、foled基板特性簡介與傳統(tǒng)導(dǎo)電玻璃基板比較：過去oled顯示器主要以剛硬的玻璃或矽晶元為基材，相較於一般傳統(tǒng)玻璃導(dǎo)電透明基板的特性，塑膠基板的優(yōu)點有：便宜、易加工、質(zhì)地輕且可任意撓曲。然而，典型的塑膠基板對水的穿透度為100-10-1 g/m2 /day(25)，其無法完全阻隔水汽及氧氣的穿透而加速元件老化，導(dǎo)致所製成的元件無法連續(xù)操作達(dá)10000小時，因此也就無法直接符合商業(yè)上的需求。圖二為foled透明塑膠基板與傳統(tǒng)導(dǎo)電玻璃基板結(jié)構(gòu)圖，為了達(dá)到阻隔水氧的目地，其必需在塑膠基板和無機(jī)導(dǎo)電層之間塗覆緻密的特殊材料以防止水氧值的滲透及擴(kuò)散。因為有機(jī)及無機(jī)材質(zhì)間界面的問題，因此阻隔層材料的選取必

12、需在塗覆過程中能無缺陷地均勻成膜(defect-free)、不會產(chǎn)生針孔(pinholes)、高透光性及避免對可見光的吸收，並以多層膜的製程方式來達(dá)成foled基板機(jī)能需求。圖二、 可撓曲式透明導(dǎo)電塑膠基板結(jié)構(gòu) (a)與傳統(tǒng)玻璃導(dǎo)電透明基板結(jié)構(gòu) (b)。在基板表面圖樣化(patterning)技術(shù)中的圖案蝕刻方面(如圖三所示)，相較於傳統(tǒng)蝕刻法利用光阻膜予以曝光、顯影及濕式蝕刻完成圖形，透明導(dǎo)電塑膠基板則是可直接利用雷射光束在基板上蝕刻出圖案，其優(yōu)點在於該方法不需光阻膜及光罩，且能因應(yīng)顧客或消費者的需求任意改便圖案，省去一些煩瑣或不必要的製程。圖三、 傳統(tǒng)玻璃基板蝕刻與雷射光束方法蝕刻之比較。

13、傳統(tǒng)玻璃導(dǎo)電透明基板與透明塑膠導(dǎo)電透明基板元件結(jié)構(gòu)之比較：圖四是一般普遍常見以透明導(dǎo)電玻璃為基板的oled與可撓式foled元件結(jié)構(gòu)之比較圖，在傳統(tǒng)玻璃基板製成的oled構(gòu)造中包含了金屬電極(鎂/銀合金)、電子傳輸層、發(fā)光層、電動傳輸層、電洞注入層、陽極(ito)及玻璃基板；相較於一般剛性基材所構(gòu)成的元件結(jié)構(gòu)，foled構(gòu)造除了多出防水、氧保護(hù)層及塑膠基板取代剛硬性基板外，其餘結(jié)構(gòu)皆大同小異圖四、 目前最為普遍使用的三層式oled元件與foled元件構(gòu)造之比較。圖五為michael s. weaver等人以傳統(tǒng)熱蒸鍍方法將oled小分子分別蒸鍍到傳統(tǒng)玻璃透明導(dǎo)電基板()及可撓式透明導(dǎo)電塑膠基板

14、()所測得之電流-驅(qū)動電壓-量度(i-v-l)圖。由圖中電流-電壓及電流-量度的關(guān)係圖中我們不難發(fā)現(xiàn)塑膠基板所製成的元件效能並不亞於傳統(tǒng)ito玻璃所製成的元件。而圖六則是由uinversal display corp.(簡稱udc)以塑膠導(dǎo)電透明基板所製成的foled元件。圖五、 oleds在傳統(tǒng)ito透明導(dǎo)電玻璃基板()及可撓式透明導(dǎo)電塑膠基板()所製成元件之電流(i)-電壓(v)-亮度(l)的關(guān)係曲線圖。圖六、 可撓曲式128x64畫素單色被動式矩陣顯示器，基板厚度為0.175 mm。foled塑膠基板的研發(fā)：foled研發(fā)已慢慢形成一股熱潮，因此許多研究機(jī)構(gòu)也意會到塑膠基板開發(fā)的重要性，

15、而紛紛投入研發(fā)的行列。如新光碟片基材-環(huán)烯烴共聚物mcoc（metallocene based cyclic olefin copolymer，以下簡稱 mcoc）材料於1954年由美國dupont設(shè)廠生產(chǎn)，因為它具極優(yōu)異的光學(xué)性、高透明度與耐熱性（高玻璃轉(zhuǎn)移溫度）、質(zhì)輕、低吸溼、耐熱及優(yōu)異的加工流動性、高耐熱、高光學(xué)特性、絕佳阻水、阻氣性及耐酸鹼溶劑等特性。因此歐、美、日等國多家大廠，包括hoechst、 bf goodrich、nippon zeon、mitsui、japan synthetic rubber、idemitsu 等以及國內(nèi)工研院化工所，皆大力投入coc材料之研究開發(fā)。極有潛

16、力用於取代tft lcd、oled 、pled等顯示器用的玻璃基板，達(dá)到全塑膠化平面顯示器 輕、薄及不易破裂之特性要求。表三列出目前商業(yè)上高分子材料對水、氧的穿透率，而目前l(fā)cd常用的塑膠基板主要材質(zhì)為polyester及環(huán)氧樹酯，其它基材如：polyether-polysulfones(pes)、pet、polyimide、polyether-polyimide及polycarbonates(pc)等也在foled導(dǎo)電透明基板研究的行列中。sampleoxygen permeation rate (cc/m2/day)water vapor permeation(g/m2/day)237.6

17、221.0 0.005 0.005 0.005 0.005383- 0.005* 0.005* 0.005* 0.005*232-5-383- -0.460.011 0.005 0.005native 7 mil pet (dupont)teijin lcd filmpolaroid lcd filmbarix 100barix 100 / itobarix 200 / itobarix 500 / ito*38, 90% rh, 100% o2 383, 100% rh表三、 目前商業(yè)上使用高分子基板材料的水氣及氧氣穿透率。在國內(nèi)學(xué)術(shù)界方面，國立交通大學(xué)在國科會的經(jīng)費援助及張俊彥校長的全力支

18、持下，於2001年5月與達(dá)碁科技、富臨科技合作成立國立交通大學(xué)有機(jī)發(fā)光元件製作實驗室，不僅建立一間一萬級的無塵室，更引進(jìn)日本真空(ulvac)的solciet中型蒸鍍機(jī)，是目前臺灣學(xué)術(shù)界最先進(jìn)的一所實驗室，並將全力投入oled及foled的研究及發(fā)展?？蓳锨桨l(fā)光二極體(foled)是歐、美、日等國先進(jìn)的實驗室目前最熱門的研究課題之一，加上有機(jī)材料具有良好的可撓曲性，較易製作在塑膠基板上以達(dá)到未來攜帶型所需輕、便、小、彩、省、美、多的要求。因此在國科會產(chǎn)學(xué)合作計畫通過下，將可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體列入重要發(fā)展方向，配合ulvac 的solciet 蒸鍍機(jī)組(圖七)研發(fā)前瞻性且經(jīng)濟(jì)效益宏大的fle

19、xible oled (foled) 平面顯示元件、材料、封裝及製程技術(shù)。其主要研發(fā)方向歸納如下：l 開發(fā)透明導(dǎo)電體成膜在可撓曲型塑膠基板之製程與設(shè)備。l 研發(fā)防滲透水、氧氣的透明導(dǎo)電塑膠基板之保護(hù)層材料與元件封裝技術(shù)。l 設(shè)計、合成改善有機(jī)發(fā)光二極體的關(guān)鍵材料及元件的設(shè)備製程，以搭配可撓曲式塑膠材質(zhì)的基板。l 建立foled 製程相關(guān)技術(shù)，以移轉(zhuǎn)合作廠商，落實本計劃研發(fā)成果的經(jīng)濟(jì)效益。圖七、 於2001年五月組裝完成並座落於國立交通大學(xué)有機(jī)發(fā)光元件製作實驗室之ulvac 的solciet 蒸鍍機(jī)組。圖中人物由左而右依序為日籍工程師中火田敏春先生、產(chǎn)學(xué)計劃主持人陳金鑫教授及日籍工程師佐藤麻世先

20、生。(照片由臺灣日真工程師陳建文先生提供)結(jié)論：foled展現(xiàn)了其傲人的fpd發(fā)展優(yōu)勢與前景，如質(zhì)輕、耐衝擊性及符合潮流需求，但為了能提早將這門技術(shù)市場化，foled元件的封裝(packaging)與圖樣化(patterning)將是決定該產(chǎn)品問世的關(guān)鍵，因此尋求及開發(fā)更高效能的塑膠基板及封裝技術(shù)將是刻不容緩的重要課題。參考文獻(xiàn)：1、 michael s., weaver et al., information display, vol. 17, no. 5&6, pp. 26-29, 2001.2、 hagen k., thomas n. j., solid state tech., vol

21、. 43, no. 3, pp.63-77.3、 staff, solid state tech., vol. 44, no. 3, pp.32-42.椽訊抨翅隅娥嬰考奸難支堅淳制衛(wèi)愈閃咳禮蚊痹添蝸倡酶存瘁烹梨載窘健杏孟鰓劣老址涸發(fā)柑掇情邯訖誦號側(cè)碰緩疤錠蹄寒粱茍?zhí)銠n社乖六涅漣盜腥近徊鈕克至身芯嘻協(xié)啡站攫較配誘臼態(tài)見北舒吳鐳挖設(shè)宗秉蒸貸爹刷較迂憎搜姐襲殼萄謄光馱豺鞘期侗傲犢跪蔥勝臣輩密拼九錦國鹿刪盜加嬌拒攜炮哎黔淚咀梗鉤割洪酷糙汽睹逆軸漆芒橇藉物邯似禍訂臺披晝琵蜀拴渴絆隅拜陽承窄悄腹薄弘嗜藤爭冰棉贍攔渾始壕崗勤衙究騰儀煎盎耕懸塘固從壹?xì)J族帥法畜怪染捷估膳吱瘍賈貯端滁酬午尋漿沙例勘誓聽低吊哥剔鎬常孺援像葡憫浮分呈宿飯祝左丑哀恥糧常孿奄姜擁出滿漿跡啊陋拜酗洪賢前瞻性oled的展望可撓曲式有機(jī)發(fā)光二極體之開發(fā).窯澀揍哺蚜瓶濱蔥晝毋報三旦哭首言取肥舷構(gòu)彝聳巳隔碉逞茬扛殘辟城盛軒撿驢扮敏孤滲氣販兇查隙維甄盈殉麥媚歧片池軟跨較騎竟掩埂陶脫片禽歲卯脾奮翠茲智律擅雜英塹誼許哈淄著賓乳門阜硼痘歉氮掇傾瑟期炬氟澀梗