因全球自然資源有限且石油價格節節高升，傳統LCD面板所用的背光源或白熾燈泡，其光源耗電量大且有含汞的環保問題，因此找尋可取代耗電與不環保之無汞且省電的面板與光源為目前當務之急。OLED具有自發光、輕、薄、省電與面發光等優勢，在OLED有機膜層中，電子傳輸層是僅次於發光層中的高電荷消耗比率層，接下來第三耗能的是電洞傳輸層，因此開發具有高Electron Carrier Mobility、Hole Carrier Mobility與HOMO/LUMO能階匹配的OLED電子與電洞傳輸材料成為現今OLED材料開發的重點課題。
1980年代中期，美商柯達公司提出有機無機多層結構並引入芳香族胺類(HTM-2)為電洞傳遞層，利用Alq3為電子傳輸層兼綠光發光層（圖一），應用於有機發光二極體(Organic Light Emitting Device; OLED)，成功地建立高效率及低驅動電壓的OLED元件結構，此舉為OLED發展的一個重要里程碑，也帶動了往後OLED的快速發展。
圖一、Alq3及HTM-2分子結構
電子傳輸材料的演進
很多用於電子傳輸材料的OLED材料在螢光方面也可以當作OLED的主發光體(Host Emitter)，Alq3因具有好的熱穩定性和成膜性，目前為最常用的電子傳輸材料和主發光體，不過陸續有一些電子Mobility高於Alq3的材料出現。
目前已知的電子傳輸材料大概可分為金屬錯合物、含氮及含氧的雜環類，以及含矽、含氟、含硼元素等三大類（表三）。其中含氮、含氧的雜環類及含矽、含氟、含硼元素的Electron Carrier Mobility 較Alq3高，不過有些Lifetime 較低且成本高。
日本Sanyo公司提出另一類的金屬錯合物（圖四）：ZnNBTZ、ZnBTZ、Zn(tOc-BTAZ)，而ZnNBTZ及ZnBTZ的放射波長分別為594 nm、524 nm，而Zn(tOc-BTAZ)發出綠光(CIE: x = 0.311, y = 0.583)，其中使用ZnBTZ 當電子傳輸材料的元件(ITO/MTDATA/TPD: Rubrene/ ZnBTZ/Mg:In)在15V時，最大亮度可達76,000 cd/m2。
圖四、日本Sanyo公司開發金屬Zn錯合物
缺電子的Oligo-thiophene--BMB-3T及過氟化的Oligo (p-phenylene)-- PF-6P（圖五）都是速率較Alq3高的OLED電子傳輸材料之高效率N-type有機半導體材料。美國南加大的Thompson 發表COT一系列的材料，因為COT具有高的Tg (> 177°C)且有足夠的Energy Band Gap (> 3eV)，所以可應用在藍光的OLED。Chisso公司則發表PyPySPyPy的電子傳輸材料，以ITO/NPB/Alq3/ETL/LiF/Al 為元件結構，其中以PyPySPyPy 取代Alq3（表四），其電子的Mobility約為1×10-4cm2/Vs，是Alq3 (1×10-6cm2/Vs)的100倍，因此是極佳的電子傳輸材料。
圖五、BMB-3T、PF-6P、COT和PyPySPyPy分子結構
2008年日本Shinshu 大學和Hodogaya化學等共同發表Bipyridyl取代的Triazole衍生物(Bpy-TAZs)（圖六），此兩種官能基結合不僅可以改善Electron Carrier Mobility，也具有電洞阻擋的功能，這些材料的Electron Carrier Mobility均為1×10-4 cm2/Vs。
韓國大學的Kang教授實驗室開發SiTAZ材料（圖十六），三重態能階在2.84 eV，HOMO能階在6.45 eV，LUMO能階在2.52eV，電子Carrier Mobility為6.2×10-4 cm2/Vs，製作藍色磷光Fir6元件，單獨搭配SiTAZ或SiTAZ/TAZ兩層電子傳輸層和單獨搭配TAZ 比較，最佳元件EQE效率分別為15.5%、16.0% 和12.5 %， SiTAZ或SiTAZ/TAZ的驅動電壓也較TAZ低。
電洞傳輸材料的演進
由於電洞的Carrier Mobility是一般電子傳輸材料的1,000倍，因此有關電洞傳輸材料相關文獻較電子傳輸材料少很多，除了新的材料結構之外，也摻雜p-dopant 材料，增加電洞注入性質。
在新材料方面，台灣大學的汪根欉教授發表熱聚合的Triaryldiamine 衍生物（圖廿三），熱聚合之前為TFVE1、TFVE2和TFVE3等三個含Trifluorovinyl Ether 官能基，熱聚合之後會產生Perfluorocyclobutyl(PFCB)高分子，電洞Carrier Mobility達10-4cm2/Vs以上，將此類材料應用在綠色螢光材料Alq3上，元件有很高的電流密度與亮度，分別為3,400 mA/cm2與5×104cd/m2，EQE達1.43%。
摻雜在電洞傳輸材料的p-dopant材料方面分為有機和無機材料，其中以無機氧化物為主，如美國Princeton大學與德國Braunschweig大學以最近廣為使用的MoO3材料來增加電洞傳輸層的傳導性質……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：黃賀隆/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌282期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8612