溶液製程OLED技術進展

刊登日期:2017/4/5
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有機發光二極體(OLED)溶液製程是一個邁向低成本、大面積化製造以及高材料使用率的契機。以節能觀點來看,比起白光,RGB光色各別塗布是比較好的方法。利用溶液製程解決圖案化問題,再搭配蒸鍍製程混用為目前主要的方法。近年來,溶液製程元件表現已逐步接近蒸鍍製程元件,相信不久的將來,可以見到更多溶液製程混用的照明或顯示產品。

溶液製程的材料趨勢
溶液製程的方法目前在顯示應用上以噴墨(Ink-jet)製程為主流,而在照明應用上以狹縫塗布(Slot-die)式為主流。由於是溶液製程,所以希望材料可以溶於溶劑,且至少要能堆疊三層材料,表示不希望前一層的材料被後一層的溶劑洗掉或互溶。通常的解決方法是利用溶解度的差異,例如下層用極性材料溶於極性溶劑;而上層材料則用非極性材料溶於非極性溶劑。或是下層材料在塗布時是可溶的,塗布完後加熱交聯,分子量急速上升而變得無法溶於上層溶劑。接下來,我們分別討論這三層材料。
1. 第一層:電洞注入材
溶於水的極性高分子配方,對於下一層HTL使用的有機非極性溶劑,有很好的不互溶表現。但是這種配方也有一些缺點,例如在耐溫性上,原廠建議的烘烤條件是80˚C/90 sec ~ 130˚C/60 sec,若要加熱到200˚C則只能持續30 sec。隨著溫度的提升,耐受的時間就越短。如果下一層使用熱交聯型的HTL的話,通常需要220˚C、10分鐘以上的熱交聯製程,而PEDOT:PSS可能會有熱穩定性的問題,影響其導電性並影響OLED元件壽命。

有文獻指出在PEDOT:PSS中加入一些全氟離子高分子(Perfluorinated Ionomer; PFI),例如Nafion,可以有效提升功函數、降低驅動電壓,並提升OLED元件的壽命,如表一與圖一所示。另一種導電高分子Polyaniline,在摻雜了PSS與PFI,也有類似的結果,如表二與圖二所示。

圖一、(a)OLED元件結構;(b)摻雜與未摻雜PFI之PEDOT:PSS在元件中的壽命比較
圖一、(a)OLED元件結構;(b)摻雜與未摻雜PFI之PEDOT:PSS在元件中的壽命比較

溶液製程的元件進展
溶液製程元件的效率與壽命表現,在近幾年突飛猛進,我們將DuPont、Merck、Sumitomo三家公司公布的溶液製程元件表現與蒸鍍元件表現列表比較,如表三、表四、表五所示。

從表中,其實不難發現,溶液製程不論在效率與壽命上,都有長足的進步。在效率上幾乎與蒸鍍不相上下;在壽命方面,Sumitomo在綠色磷光上的數據幾乎已經追上蒸鍍製程。紅色磷光部分,表現最好的DuPont,其壽命只有約蒸鍍的一半。而藍色螢光,DuPont的壽命最長,而Sumitomo的效率最好。未來在紅色與藍色方面,溶液製程還須加緊腳步開發。

表五、藍色螢光溶液製程元件表現比較
表五、藍色螢光溶液製程元件表現比較

工研院溶液製程之進展
工研院在過去數年中,累積了許多小分子高效率磷光發光材料技術,在轉進溶液製程後,先後發表了高效率且溶液/蒸鍍製程通用之橘黃光材料,用於搭配藍光,適合白光照明使用。近期推升溶液製程橘光與黃綠光元件壽命,2017年目標希望達成效率大於35 lm/W,LT70@1,000 nits壽命超過3萬小時,如表六。其他如藍光、紅光、綠光與其他---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:廖鎔榆 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」364期,更多資料請見下方附檔。


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