次世代平面显示器ECL技术探微

文章摘要：对发光溶液施加交流电压引发电气发光的ECL（Electrogenerated ChemiLuminescence）显示器，可以迴避直流驱动有机EL常见的「电极表面堆积不纯物」造成的使用寿命劣化等现象，因此立即成为相关业者高度嘱目的焦点，一般认为ECL未来可望成为符合上述条件的次世代平面显示器（图1）。根据ECL的发光机制与比较实验结果显示，ECL常用材料Polyfluorene化合物，亦即PBDOHF＜Poly﹝9.9-bis（3,6-dioxaheptyl）fluorene-2,7-diyl﹞＞的发光速度比Rubrene快，此外，研究人员根据PBDOHF与它的类似材料「交互共重体」的发光波长

次世代平面显示器ECL技术探微,标签：显示及光电,光电显示技术,http://www.88dzw.com
对发光溶液施加交流电压引发电气发光的ECL（Electrogenerated ChemiLuminescence）显示器，可以迴避直流驱动有机EL常见的「电极表面堆积不纯物」造成的使用寿命劣化等现象，因此立即成为相关业者高度嘱目的焦点，一般认为ECL未来可望成为符合上述条件的次世代平面显示器（图1）。

根据ECL的发光机制与比较实验结果显示，ECL常用材料Polyfluorene化合物，亦即PBDOHF＜Poly﹝9.9-bis（3,6-dioxaheptyl）fluorene-2,7-diyl﹞＞的发光速度比Rubrene快，此外，研究人员根据PBDOHF与它的类似材料「交互共重体」的发光波长实验证实，利用共役长的长度可以控制ECL显示器的发光色彩，这意味着从探讨分子结构观点而言，未来可望加速全彩显示器的材料开发。



开发经纬

有机EL显示器若与传统设有背光照明模组的液晶显示器相比较，具有轻巧、主动发光、大视角、结构简单、反应速度快、高对比、低电力消耗等特点，不过有机EL显示器却面临使用寿命较短，仅能作直流驱动而且电极会堆积不纯物等结构性课题；为迴避这些问题，国外业者积极开发可作交流与直流驱动的ECL显示器，该显示器由厚度只有数μm的发光溶液构成（如图2所示），一旦对发光溶液施加数V电压，电气化学发光（ECL）显示器就能够发光。

电气化学发光显示器的特点与有机EL显示器完全相同，却没有使用寿命过短的困扰，结构也更为单纯，与液晶显示器一样可以利用既有制程制作。



依据以上需求，研究人员开始探索高发光反应速度的材料与分子结构，同时建立全彩显示器必要的3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

■交流驱动

ECL的发光机制可分为三个接阶段，首先对包含ECL材料在内的溶液施加电压，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（radical）阴离子（anion）与阳离子（cation），接着异极性的离子（ion）开始冲突产生基底与激发状态的中性分子，最后激发状态的分子失活引发发光。

有关ECL的发光机制如图3所示，施加交流电压时会在相同电极附近引发交互的还原与氧化反应，发生还原的电极产生激发anion朝对向电极移动（图3a），电极的极性一旦反转该激发anion的移动方向也随着逆转，此时在电极附近引发氧化产生激发cation，朝对向电极移动（图3b）并与激发anion冲突引发发光（图3c、图3d）。　



■反应速度

可以显示动画的平面显示器，要求施加电压后一直到获得充分发光为止的时间──亦即「反应速度」──越短越好，目前液晶显示器与有机EL显示器的反应时间分别达到m与μs等级，因此ECL显示器必须开发反应速度更快的材料。

图4是有关ECL显示器的Rubrene与Polyfluorene化合物，亦即PBDOHF＜Poly〔9,9-bis（3,6-dioxaheptyl）fluorene-2,7-diyl〕＞材料反应速度的比较，Rubrene是典型低分子ECL显示器常用黄色发光材料；PBDOHF是Fluorene环的9位，具备乙醚（ether）化合物BDOHF单体重合体，属于蓝色发光高分子ECL显示器用材料。



如图3所示，低分子ECL显示器的发光机制，一般认为同等的Rubrene时，激发anion与激发cation的移动度可以成立；不过在PBDOHF的场合，激发cation非常不稳定，因此必须考虑由溶媒分子负担，它表示激发anion与激发cation的移动度并不相同，具体而言，电极附近生成的PBDOHF的激发anion为高分子，因此它的移动度很低，可能会停留在电极附近（图5a）；相形之下，电极的极性反转后生成的溶媒分子的激发cation为低分子，它的移动度比高分子高（图5b），所以会立即与电极附近的PBDOHF的激发anion产生冲突进而发光（图5c、图5d）。根据以上推论，研究人员认为高分子PBDOHF的反应速度可望比低分子的Rubrene更快。　

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