含benzoimidazole 配位基的銥金屬高效能磷光材料

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黃偉聖(Wei-Sheng Huang) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

含benzoimidazole 配位基的銥金屬高效能磷光材料
(Highly Phosphorescent Bis-Cyclometalated IridiumComplexes Containing Benzoimidazole-Based Ligands)

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摘要(中)

本論文合成新的benzoimidiaziole (bi)化合物，這些化合物可以與三氯化銥以cyclometalation的方式配位，形成具有強磷光性質的銥金屬化合物。我們針對這些化合物進行光物理，電化學性質的探討，並選取部分銥金屬化合物製備成元件進行測試。
在光物理方面，配位基bi的吸收光譜範圍從278-385 nm，發射光譜從360-510 nm，放出的螢光可從紫藍到綠。配位基與銥金屬形成錯化物後，可放射出綠到紅色的磷光，波長範圍為507~651 nm。多數的配位基與銥錯化物於室溫時，在無氧溶液中多有不錯的量子產率。電化學方面，含diarylamine的bi在循環伏安法下可以測得amine氧化電位，銥錯化物也可以測得銥（III）氧化成銥（IV）。藉由循環伏安法測量，可得知化合物的HOMO與LUMO之能階。元件結構為ITO BPAPF（Type I）或NPB（Type II） 6 wt % doped (bi)2Ir(acac) in CBP Alq3 Mg:Ag，綠光的Ir-Ph-ac與Ir-C-ac都有相當好的效率，在電流為100 mA/cm2，亮度可分別達46393、35332 cd/m2，Ir-Ph-ac最大亮度甚至接近150000 cd/m2。黃光的Ir-F-ac在電流為100 mA/ cm2，亮度可達21105 cd/m2，最大亮度40794 cd/m2也有不錯的表現。紅光的Ir-naph-ac在電流為100 mA/cm2，亮度可達4562 cd/m2，最大亮度為12984 cd/m2。在元件之中以綠光與黃光擁有較好的效率。

摘要(英)

New benzoimidazole compounds have been synthesized. These compounds undergo cyclometalation with iridium trichloride to form iridium (III) complexes which exhibit strong phosphorescence. The photophysical and electrochemical properties of these compounds were investigated. Electroluminescent devices were fabricated from selected iridium complexes.
The absorption and emission wavelengths of the bi ligands range from 278 to 385 nm, and from 360 to 510 nm, respectively. The emission colors of the fluorescence cover from purple-blue to green. The iridium complexes emit green to red phosphorescence with wavelengths ranging from 507 to 651 nm. Most of ligands and iridium complexes possess good quantum yields in air-free solution at room temperature. The reversible wave in cyclic voltammograms of the bi ligands containing diarylamine can be attributed to the oxidation of the amines. The Iridium complexes exhibit an reversible oxidation wave due to Ir (III)→Ir (IV). The HOMO and LUMO energy levels for each complex are located from the cyclic voltammogram and the absorption edge. The structure of device we used is : ITO BPAPF (Type I) or NPB (Type II) 6wt % doped (bi)2Ir(acac) in CBP Alq3 Mg:Ag .Green-emitting devices fabricated from Ir-Ph-ac and Ir-C-ac exhibit very good efficiencies. At a current density of 100 mA/cm2, the brightness reaches 46393 and 35332 cd/m2 for Ir-Ph-ac and Ir-C-ac devices, respectively.The maxinum brightness of Ir-Ph-ac can even reach 150000 cd/m2. Yellow-emitting device of Ir-F-ac has a brightness of 21105 cd/m2 at a current density of 100 mA/cm2 , and the maximum brightness is 40794 cd/m2. The red-emitting Ir-naph-ac device has a brightness of 4562 cd/m2 at a current density of 100 mA/cm2 and a maximum brightness of 12984 cd/m2. Green and yellow-emitting devices appear to have better efficiencies among all.

關鍵字(中)

★ 磷光
★ 發光二極體

關鍵字(英)

★ Phosphorescent
★ OLED

論文目次

目錄
中文摘要--------------------------------------------------------------------------I
英文摘要-------------------------------------------------------------------------II
目錄 --------------------------------------------------------------------------IV
圖目錄 -------------------------------------------------------------------------VI
表目錄 -------------------------------------------------------------------------IX
謝誌 --------------------------------------------------------------------------X
壹、緒論 ------------------------------------------------------------------------1
1-1 前言-------------------------------------------------------------------------1
1-2 OLED與TFT-LCD比較------------------------------------------------2
1-3 有機電機發光原理-------------------------------------------------------3
1-4 有機電機發光二極體材料----------------------------------------------4
1-5 螢光與磷光--------------------------------------------------------------11
1-6 磷光發光理論-----------------------------------------------------------13
1-7 磷光材料發展-----------------------------------------------------------15
1-8 研究動機-----------------------------------------------------------------19
貳、實驗部分 --------------------------------------------------------------21
2-1 實驗儀器 ----------------------------------------------------------------21
2-2 實驗藥品及溶劑 ------------------------------------------------------ 23
2-3 量子產率的計算------------------------------------------------------- 25
2-4 外部量子效率的計算--------------------------------------------------26
2-5 合成流程-----------------------------------------------------------------27
2-6 合成步驟-----------------------------------------------------------------33
參、結果與討論 ----------------------------------------------------------76
3-1 合成討論-----------------------------------------------------------------76
3-2 光學性質討論
3-2-1紫外光吸收光譜-------------------------------------------------78
3-2-2放光光譜（PL）------------------------------------------------82
3-2-3磷光的半生期與量子產率-------------------------------------87
3-3 電化學部分
3-3-1循環伏安法（CV）的探討------------------------------------89
3-3-2 HOMO與LUMO的計算--------------------------------------93
3-3 元件的製備與討論-----------------------------------------------------95
肆、結論 ------------------------------------------------------------------119
伍、參考文獻 -----------------------------------------------------------121
附錄-----------------------------------------------------------------------------126
圖目錄
圖一電激發光機制-------------------------------------------------------- 3
圖二常見的電洞注入材料----------------------------------------------- 4
圖三 Biphenyl diamine衍生物------------------------------------------- 5
圖四星狀非結晶型電洞傳輸材料-------------------------------------- 6
圖五常見的電子傳輸材料----------------------------------------------- 7
圖六綠色螢光摻雜物------------------------------------------------------9
圖七紅光摻雜物---------------------------------------------------------- 10
圖八藍色螢光摻雜物---------------------------------------------------- 10
圖九電子能階躍遷及能量轉換---------------------------------------- 11
圖十螢光與磷光產生示意圖--------------------------------------------12
圖十一磷光發光材料------------------------------------------------------- 16
圖十二化合物DBQ與MDQ --------------------------------------------- 16
圖十三含isoquinoline的磷光材料--------------------------------------- 17
圖十四磷光材料之主發光體及電洞阻擋材料------------------------- 19
圖十五豐田公司開發的電洞阻擋材料---------------------------------- 19
圖十六 bi與(bi)2Ir(acac) Uv-vis光譜圖比較-----------------------------79
圖十七 (bi)2Ir(acac)結構圖--------------------------------------------------80
圖十八 bi配位基的結構一覽-----------------------------------------------81
圖十九 (bi)2Ir(acac) 化合物的PL光譜----------------------------------83
圖二十 bi化合物的放光光譜-----------------------------------------------86
圖二十一含diaryiamine配位基在DCM下測的CV圖形--------------90
圖二十二 (bi)2Ir(acac)以DMF測得的CV圖形-------------------------93圖二十三元件各層所用的結構材料--------------------------------------95
圖二十四 Ir-Ph-ac元件I、II的EL光譜圖------------------------------96
圖二十五 Ir-C-ac元件I、II EL光譜圖-----------------------------------96
圖二十六 Ir-3S-ac元件I、II的EL光譜圖-------------------------------97
圖二十七 Ir-Ph-ac元件I、II外部量子產率與電流密度關係圖---99
圖二十八 Ir-C-ac元件I、II外部量子產率與電流密度關係圖-----99
圖二十九 Ir-3S-ac元件I、II外部量子產率與電流密度關係圖---100
圖三十 Ir-Ph-ac元件I、II電流密度對電壓關係圖---------------- 101
圖三十一 Ir-Ph-ac元件I、II亮度對電壓關係圖----------------------101
圖三十二 Ir-C-ac元件I、II電流密度與電壓關係圖------------------101
圖三十三 Ir-C-ac元件I、II亮度與電壓關係圖-----------------------101
圖三十四 Ir-3S-ac元件I、II電流密度與電壓關係圖-----------------102
圖三十五 Ir-3S-ac元件I、II亮度與電壓關係圖----------------------102
圖三十六 Ir-Ph-ac元件I、II CIE座標圖--------------------------------103
圖三十七 Ir-C-ac元件I、II CIE座標圖--------------------------------103
圖三十八 Ir-3S-ac元件I、II CIE座標圖--------------------------------104
圖三十九 Ir-F-ac元件I、II EL光譜圖----------------------------------105
圖四十 Ir-PyR-ac元件I、II的EL光譜圖----------------------------105
圖四十一 Ir-F-ac元件I、II外部量子產率與電流密度關係圖------107
圖四十二 Ir-PyR-ac元件I、II 外部量子產率與電流密度關--------107
圖四十三 Ir-F-ac元件I、II的電流密度與電壓關係圖---------------108
圖四十四 Ir-F-ac元件I、II的亮度與電壓關係圖---------------------108
圖四十五 Ir-PyR-ac元件I、II的電流密度與電壓關係圖----------109
圖四十六 Ir-PyR-ac元件I、II的亮度與電壓關係圖------------------109
圖四十七 Ir-F-ac元件I、II 的CIE座標圖-----------------------------109
圖四十八 Ir-PyR-ac元件I、II的CIE座標圖---------------------------110
圖四十九 Ir-naph-ac元件I、II的EL光譜圖---------------------------111
圖五十 Ir-naph-ac元件I、II外部量子產率與電流密度關係圖--112
圖五十一 Ir-naph-ac元件I、II的電流密度與電壓關係圖-----------112
圖五十二 Ir-naph-ac元件I、II的亮度與電壓關係圖-----------------112
圖五十三 Ir-naph-ac元件I、II的CIE座標圖--------------------------113
圖五十四 (bi)2Ir(acac)與部分(C^N)2Ir(acac)結構-------------------116
圖五十五 Ir-Ph-ac元件穩定度的測試圖-------------------------------118
表目錄
表一 OLED與TFT-LCD之比較-------------------------------------------2
表二 DBQ與MDQ不同元件結構特性一覽----------------------------17
表三含isoquinoline各元件性質一覽-----------------------------------18
表四實驗所用之化學藥品------------------------------------------------23
表五 (bi)2Ir(acac)光學性質一覽表--------------------------------------80
表六 bi配位基光學性質一覽表------------------------------------------81
表七 bi在各溶劑的放光波長---------------------------------------------85
表八 (bi)2Ir(acac)半生期一覽-----------------------------------------------88
表九 bi循環伏安電位的資料---------------------------------------------91
表十 (bi)2Ir(acac)循環伏安電位的資料---------------------------------91
表十一化合物的HOMO及LUMO ------------------------------------94
表十二 Ir-Ph-ac、Ir-C-ac與Ir-3S-ac元件I、II特性-------------------98
表十三 Ir-F-ac、Ir-PyR-ac元件I，II特性-----------------------------106
表十四 Ir-naph-ac元件I，II特性-----------------------------------------111
表十五 (bi)2Ir(acac)元件特性一覽表------------------------------------114
表十六 (bi)2Ir(acac)與部分(C^N)2Ir(acac)比較表-----

參考文獻

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指導教授

林建村、賴重光
(Jiann T. Lin、Chung-K Lai)

審核日期

2004-7-5

推文