高效率藍色含碳烯銥金屬磷光材料與高能隙雙極性主體材料之設計及其在有機電激發光元件之應用

Design of Highly Efficient Blue Iridium Carbene Complexes and Wide Band-Gap Bipolar Hosts for Electrophosphorescence Applications

謝承翰(Cheng-Han Hsieh)

指導教授 ： 鄭建鴻

國立清華大學/理學院/化學系/博士(2009年)

摘要

摘 要
利用碳烯官能團作為輔助配位基引入以dfppy為主之雙聚體錯合物中而合成出新穎含碳烯輔助配位基銥金屬錯合物，接著量測了各個錯合物的UV吸收和螢光放光光譜，並且利用循環伏安法（CV）測量了所有錯合物的HOMO以及LUMO能階，由螢光放光光譜可知此系列銥金屬錯合物的最大放光位置位於470-482 nm之間，屬於藍綠光的範圍，在元件的製作上，以錯合物(dfppy)2Ir(fptmi)所製作之Device I在效率表現上（ηext = 8.4 %, ηc = 14.9 cd/A）與元件穩定性上具有較佳的結果。
將文獻上含碳烯配位基之Tris-complex加以改良，藉由引入輔助配位基而合成出新穎含碳烯配位基銥金屬錯合物，由放光位置可以得知此系列錯合物皆介於藍綠色至深藍色放光範圍，而由對其物理與化學性質的量測及探討後可以歸納出設計高效率以及高色純度的藍色磷光材料的方法，搭配雙主體材料系統及引進激子阻擋層之元件結構可以得到高效率的藍光元件，其中以錯合物(mpmi)2Ir(pypz)所製作的元件具有最佳的效率表現，其最大對外量子放光效率為15.2 %，最大電流效率為28.1 cd/A，此外以錯合物(fpmi)2Ir(tfpypz)所製作的深藍色元件CIE色度座標為(0.14, 0.10)，在效率方面最大對外量子放光效率為7.6 %，最大電流效率為6.5 cd/A。
觀察到第三章節元件製造過程中的漏光現象成功地在電洞傳輸層摻雜一黃橘色光而製作出雙波段白光元件，以錯合物(mopmi)2Ir(pypz)作為藍光來源、錯合物(dpp)2Ir(acac) 作為黃橘光來源可以得到最好的元件表現，其最大對外量子放光效率為20.4 %，最大電流效率為49.4 cd/A，最大功率效率為28.1 lm/W，在驅動電壓為9 V時其CIE色度座標可達（0.33, 0.33）。而在電洞傳輸層摻雜綠色光與紅色光即可以製作出三波段白光元件，其中以文章裡Device I的結果數據表現最為平均，在效率方面其最大外部量子放光效率為15.6 %，最大電流效率為35.2 cd/A；演色性可達到90，而且在不同驅動電壓下具有穩定的CIE色度座標值（ΔCIEx= 0.04,ΔCIEy= 0）。
由文獻結果得知硫芴衍生物具有高LUMO能階，且將其進行氧化後搭配其上傳遞電洞官能團後具有雙極體的性質，於是利用其特點並引入飽和四級碳來阻斷共振促使能階上升而合成出硫雜蒽衍生物與硫雜蒽氧化衍生物，由實驗結果得知硫雜蒽衍生物之LUMO值約在1.6-1.8 eV之間，且所有化合物之三重態能階皆高於2.97 eV，符合應用於藍光元件上的需求。在水藍光與飽和藍光元件製作方面以硫雜蒽氧化衍生物t-CzSOA作為主體材料與硫雜蒽衍生物t-CzSA作為電子暨激子阻擋層所製作的元件具有最佳的效率表現，其最大對外量子放光效率為15.4 %，最大電流效率為20.0 cd/A，此外以錯合物(fpmi)2Ir(tfpypz)搭配類似的元件結構所製作的深藍色元件具有最佳的效率表現，在效率方面最大對外量子放光效率為7.4 %，最大電流效率為8.5 cd/A。

關鍵字

藍色 ； 碳烯銥金屬 ； 磷光 ； 雙極性主體材料 ； 有機電激發光

參考文獻

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