为支持互动式数位电视与网际网路的显示资讯量增加问题,要求平面显示器具备高性能、大视角、轻巧、薄形、长使用寿命、低消费电力等特性,已经成为面板业者面临的另一波挑战。
OLED显示器与利用背光照明模组的液晶显示器比较,具有轻巧、主动发光、大视角、结构简单、高反应时间、高对比、低消费电力等特点,不过OLED显示器却面临短使用寿命,只能利用直流电来驱动,而且电极容易堆积不纯物等结构性课题,为了避免这些问题,部分研究人员便积极开发可採用交、直流驱动的ECL显示器,该ECL显示器由厚度只有数微米的发光溶液构成,如果对发光溶液施加数伏特的电压后,电气化学发光(ECL)显示器就能够产生发光的现象。
根据ECL的发光效能与比较实验结果显示,ECL所常用的材料-Polyfluorene化合物,亦即PBDOHF的发光速度来的比Rubrene更快,此外,从PBDOHF与它的类似材料“交互共重体”的发光波长观察到,可以控制ECL显示器的发光颜色,这代表着从分子结构观点而言,ECL未来可望开发出全彩显示器所需要的材料。
就特性来看,电气化学发光显示器的特点,与OLED显示器完全相同,却没有短使用寿命的困扰,结构比OLED显示器更单纯,并且与液晶显示器一样,可以利用现有的製程生产。因此目前研发人员开始寻找高发光反应速度的材料与分子结构,同时建立全彩显示器所必需要的3原色,以及可以获得白光ECL的发光控制技术。
高分子与低分子的ECL发光机制
ECL的发光机制可分为三个接阶段,首先必须对ECL材料的溶液施加电压,此时在电极附近会引发电气化学性还原反应(阴极)与氧化反应(阳极),同时产生ECL材料的激发anion与激发cation,接着异极性的离子开始出现冲突而产生基底与激发状态的中性分子,最后激发状态的分子失去活性而产生发光。
一般而言,在进行显示动态影像的平面显示器,当施加电压后,一直到获得充分发光为止的时间,都会要求这段的反应速度越短越好,目前液晶显示器与OLED显示器的反应时间,分别已经达到了毫秒与奈秒的等级,因此ECL显示器如果要符合这样技术需求的话,就必须开发反应速度更快的材料。
目前ECL显示器所较常使用Rubrene或者是PBDOHF化合物,一般认为Rubrene可以较平顺产生激发anion与激发cation的移动度,不过在PBDOHF这一部分的话,就有些问题,因为在产生激发cation时非常不稳定,必须由溶媒分子来加以平衡。这是由于激发anion与激发cation的移动度并不相同,电极附近生成的PBDOHF的激发anion为高分子移动度很低,并且可能会停留在电极附近,需要让电极的极性反转后,所产生的溶媒分子激发cation为低分子,因为移动度比高分子高,所以会立即与电极附近的PBDOHF的激发anion产生冲突进而发光,根据以上推论,研发人员多认为高分子PBDOHF的反应速度可望比低分子的Rubrene更快。此外PBDOHF的发光强度到达极大之后开始衰减,主要原因是PBDOHF的激发anion在最高发光强度时被消耗殆尽所致,也可以视为从对向电极的激发anion供给必须一段时间所致,此外显示交流驱动的发光效率也比直流方式高。
ECL发光波长可以予以控制
根据实验,添加了使用可以使电流更容易流动含有0.1wt%的LiCF3SO3 Ortho dichlorobenzene,与PBDOHF或是5wt% P(BDOHF-co-DVB)高浓度溷合溶液製作ECL元件(device),接着照射波长为365nm的激发光依此量测PL的频谱,发现虽然THF内的频谱与形状略有差异,不过50nm长波长化现象则完全没有改变。
此外如果对ECL元件施加直流电压的话,发现PBDOHF与P(BDOHF-co-DVB)等材料製成的ECL元件都会发光,显示未来只要透过类似上述交互共重合体的分子设计,都可以轻易製作引发ECL现象的材料。并且测试ECL的发光频谱发现,P(BDOHF-co-DVB)的发光强度极大时的波长与PL频谱一样,会从PBDOHF朝长波长侧移动大约50nm左右,显示不只是PL,ECL现象引发的发光波长同样可以利用高分子的共役长度变化进行控制。
ECL未来可望成为符合次世代平面显示器的要求
以上介绍ECL显示器的技术动向,并且探讨ECL显示器用材料PBDOHF与Rubrene的发光机制。因此相信利用发光溶液施加交流电压产生电气发光的ECL(Electrogenerated ChemiLuminescence)显示器,可以避面直流驱动OLED常见的“电极表面堆积不纯物”,所造成的使用寿命劣化等现象,因此这项技术已经成为相关业者高度注目的焦点,大多数都认为ECL未来可望成为符合次世代平面显示器的要求。(参考资料:东芝REVIEW) |