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研究生： 謝依萍
Yi-Ping Hsieh
論文名稱： 紅色和藍色材料之研究
Novel, Efficient Red and Blue Phosphorescent Materials Based on Organometallic Iridium Complexes
指導教授： 劉瑞雄
Rai-Shung Liu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 239
中文關鍵詞： 有機發光二極體 、紅色磷光材料 、藍色磷光材料 、發光機制 、氟原子
外文關鍵詞： OLED, UV, PL, CV, HOMO/LUMO
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    • 本論文的目的在於合成與研究有機銥金屬紅色與藍色磷光電激發光材料。我們主要分為兩個研究部分，第一部分是以含氟的異喹啉作為銥金屬配位基的主體，利用Suzuki coupling接上苯環形成配位基，接著與銥金屬及乙醯丙酮結合而形成銥金屬—乙醯丙酮錯化合物，此為紅色磷光材料；第二部分則是以吡啶作為銥金屬配位基的主體，分別在吡啶環上不同位置接上推電子基，利用Kumada coupling和Suzuki coupling與含不同位置接有拉電子基的苯環結合形成配位基，再與銥金屬形成銥金屬—乙醯丙酮錯化合物，此為藍色磷光材料。
    我們對這些發光材料作一系列的性質研究，包括吸收波長、放光波長、量子效率、循環伏安電位及元件的效能等等，實驗結果證明在紅色磷光材料中，我們可以藉由改變氟原子在異喹啉環上不同的取代位置使銥金屬紅色電激發光材料更接近紅光，且可以得到具有不錯的外部量子效率與亮度；而在藍色磷光材料中，我們也藉由改變不同取代基在苯吡啶環上不同位置來使HOMO/LUMO能階拉大，雖然色質仍偏藍綠光，但其元件效能亦有不錯的結果。

    Organic light-emitting diodes (OLEDs) have held great potential for application in flat panel displays for many years. OLED devices based on phosphorescent materials can significantly improve electroluminescence performance because both singlet and triplet excitons can be harvested for light emission. This describes the synthesis and OLED devices of the red and greenish blue electrophosphorescence materials based on fluoro-substituted iridium complexes. We have found that these red and greenish blue electrophosphorescence materials have high external quantum efficiency and good electroluminescence performance have been attained according to these device data.

    中文摘要 i 英文摘要 iii 謝誌 iv 目錄 vi 圖目錄 x 表目錄 xiii 第一章 緒 論 1 第一節 前言 1 第二節 螢光與磷光 4 第三節 OLED元件發光原理和基本結構 7 3-1 元件發光原理 7 3-2 元件基本結構 8 3-3 元件材料 10 第四節 OLED元件的發光效率 14 第五節 磷光材料之摻雜(doping)原理 17 第六節 紅色與藍色磷光材料之設計 19 第二章 紅色磷光材料之研究 21 第一節 緒論 21 第二節 結果與討論 24 2-1 紅色磷光材料之合成 24 2-2 物理光學性質探討 27 2-3 元件結構及性質探討 30 第三節 結論 35 第三章 藍色磷光材料之研究 37 第一節 緒論 37 第二節 結果與討論 39 2-1 藍色磷光材料之合成 40 2-2 物理光學性質探討 44 2-3 元件結構及性質探討 56 第三節 結論 67 第四章 實驗部分 71 第一節 實驗藥品之中英文對照 71 第二節 實驗的一般操作 73 第三節 化合物的合成 76 化合物1的合成 76 化合物1c的合成 80 化合物2的合成 81 化合物2c的合成 85 化合物3的合成 86 化合物3c的合成 88 化合物4的合成 90 化合物4c的合成 91 化合物5的合成 92 化合物5c的合成 95 化合物6的合成 96 化合物6c的合成 98 化合物7的合成 99 化合物7c的合成 101 化合物8的合成 102 化合物8c的合成 104 化合物9的合成 106 化合物9c的合成 106 化合物10的合成 108 化合物10c的合成 109 化合物11的合成 110 化合物11c的合成 111 化合物12的合成 113 化合物12c的合成 115 第四節 磷光的物理性質測定 116 第五章 參考文獻 122 附錄 126 圖 目 錄 圖一 1987年柯達公司所發表的元件結構 2 圖二 螢光與磷光示意圖 4 圖三 激發態電子去活化的形式 5 圖四 OLED元件發光機制 7 圖五 雙層式薄膜OLED的多層膜結構 8 圖六 三層式薄膜OLED的多層膜結構 9 圖七 多層式薄膜的OLED 10 圖八 NPB等電洞傳輸材料結構圖 11 圖九 Alq3等電子傳輸材料結構圖 12 圖十 OLED的內部量子效率及doping的能階轉換圖 16 圖十一 (a) Förster and (b) Dexter能量傳遞過程示意圖 18 圖十二 紅色磷光材料結構 22 圖十三 2002年Okada發表的紅色銥金屬磷光發光材料 .23 圖十四 銥金屬紅色磷光材料設計 23 圖十五 紅色磷光材料的UV和PL光譜比較圖 29 圖十六 紅色磷光材料元件結構圖 30 圖十七 紅色磷光材料的EL電激發光光譜比較圖 31 圖十八 紅色磷光材料電流密度與外部量子效率的關係比較圖 33 圖十九 紅色磷光材料電壓與電流密度和電壓與亮度的關係比較圖 35 圖二十 藍色磷光材料結構 38 圖二十一 銥金屬藍色磷光材料設計 39 圖二十二 錯合物3c~6c的UV和PL光譜比較圖 47 圖二十三 錯合物7c~12c的UV和PL光譜比較圖 47 圖二十四 錯合物3c~6c的循環伏安電位比較圖 53 圖二十五 錯合物7c~12c的循環伏安電位比較圖 54 圖二十六 錯合物3c、5c和7c的循環伏安電位比較圖 55 圖二十七 錯合物4c、6c和9c的循環伏安電位比較圖 55 圖二十八 錯合物3c~11c元件結構圖 57 圖二十九 錯合物3c~6c的EL電激發光光譜比較圖 58 圖三十 錯合物7c~11c的EL電激發光光譜比較圖 59 圖三十一 錯合物3c~6c的電流密度與外部量子效率的關係比較圖 62 圖三十二 錯合物7c~11c電流密度與外部量子效率的關係比較圖 63 圖三十三 錯合物3c~6c的電流密度與發光效率的關係比較圖 64 圖三十四 錯合物7c~11c的電流密度與發光效率的關係比較圖 65 圖三十五 錯合物3c~6c的電流密度與能量效率的關係比較圖 65 圖三十六 錯合物7c~11c的電流密度與能量效率的關係比較圖 66 圖三十七 錯合物3c~6c電壓與電流密度和電壓與亮度關係比較圖 67 圖三十八 錯合物7c~11c電壓與電流密度和電壓與亮度關係比較圖 68 表 目 錄 表一 紅色磷光材料的UV吸收、PL及量子產率數據整理表 27 表二 紅色磷光材料的各項元件數據整理表 32 表三 錯合物3c~6c的UV吸收、PL及量子產率數據整理表 44 表四 錯合物7c~12c的UV吸收、PL及量子產率數據整理表 45 表五 錯合物3c~12c的HOMO、LUMO和Band gap的整理表 51 表六 錯化合物3c ~ 6c各項元件數據整理表 60 表七 錯化合物7c ~ 11c各項元件數據整理表 61

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