溶液製程OLED材料:交聯型材料介紹

刊登日期:2013/5/14
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過去OLED研發大多以蒸鍍製程為主,但蒸鍍製程成本高、材料使用率低,雖少量OLED照明產品問世,然仍屬研發目的的價格。因此各界開始在溶液製程進行專利布局,預期可以充分的使用材料,達成消費者可接受的價格。例如日商Konica Minolta深信全磷光材料及Roll-to-Roll (R2R)溶液製程將會是OLED照明的主流技術,並投入資源與歐洲照明大廠Philips共同開發量產品;而另一歐洲大廠Osram也強調未來R2R製程的高度整合,以“Substrate IN→Lighting Engine OUT”為目標。2008年美國奇異公司(GE)成功展示世界上第一個R2R製程的可撓式OLED照明面板,顯示低成本、可印式OLED照明不再是夢想。

交聯型材料
為了同時保有小分子的電荷傳輸性與高分子的液態製程功能,最直接的作法是將可交聯官能基(Cross-linkable Functional Group),如矽氧烷(Siloxane)、苯乙烯(Styrene)、丙烯酸酯(Acrylate)、三氟乙烯醚(Trifluorovinyl Ether)、苯併環丁烯(Benzocyclobutene)和氧雜環丁烷(Oxetane)等基團,引入傳統蒸鍍用的電荷傳輸材料結構中(TPD, NPB, TCTA, TPBI等),改質成為可交聯的電荷傳輸材料(Cross-linkable Charge Transporting Material)。


圖二、溶液製程OLED示意

1. 矽氧烷
鹵素取代矽烷(Halosilane)或烷氧取代矽烷化合物(Alkoxysilane)水解形成矽烷醇(Si-OH),再經過脫水縮合聚合反應(Condensation)形成矽-氧-矽鍵結(Si-O-Si Linkage)的網狀交聯高分子已是材料科學中常見的交聯方法。美國西北大學Marks團隊於1999年將三氯矽烷(Trichlorosilane)基團引入電洞傳輸材料結構中,旋轉塗佈於ITO玻璃上,隨後以120˚C進行熱處理,得到一堅固、穩定、抗溶劑且附著性良好之薄膜。從此,各團隊紛紛將電洞傳輸材料改質為矽烷類可交聯式材料,開發出許多矽氧烷類電洞傳輸材料,如圖三所示。然而,水解過程中產生的醇(Alcohol)或酸性鹵化氫(Hydrogen Halide),以及縮合聚合反應所產生的水,皆為潛在的污染物,可能對元件效能造成損害。

7. 氧雜環丁烷
氧雜環丁烷(Oxetane)為具有強環張力(Ring Strain)的含氧四元環,添加雙芳香環碘鹽(Diaryliodonium Salt)、三芳香環磺酸鹽(Triarylsulfonium Salt)或二茂鐵鹽(Ferrocenium Salt)等陽離子型光起始劑(Photoacid-generator),經照射紫外光產生光酸,誘發陽離子開環聚合反應(Cationic Ring-opening Polymerization; CROP),形成聚醚高分子(Polyether),聚合反應機制如圖十一所示。此方法的聚合速度快,所形成之高分子體積收縮程度小(Low Volume Shrinkage),不易產生細小裂縫。但經由照光和聚合反應所產生的酸(H+)和其他陽離子,有機會在電場操作下擴散遷移至其他膜層,影響元件效能……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖十二 Layer-by-layer Crosslinking反應機制

作者:趙登志 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌317期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11057


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