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研究生:唐偉峰
研究生(外文):Tang, Wei-Feng
論文名稱:利用雙極性主體材料建構高效率磷光與熱活性延遲螢光之有機發光二極體
論文名稱(外文):Bipolar host materials for High-Efficiency Phosphorescence and TADF OLEDs
指導教授:洪文誼
指導教授(外文):Hung, Wen-Yi
口試委員:汪根欉張志豪
口試委員(外文):Wong, Ken-TsungChang, Chih-Hao
口試日期:2016-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:50
中文關鍵詞:雙極性主體磷光延遲螢光激發態質子能量轉移白光元件
外文關鍵詞:Bipolar hostPhosphorescenceThermal Activated Delayed FluorescenceExcited state intramolecular proton transferWOLED
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本論文分成三大部分,第一部份將探討由carbazole、triarylamine以及bipyridine所合成的雙極性主體材料,並將其材料摻雜具有重金屬的磷光材料,分別為綠光[(ppy)2Ir(acac)]、黃光[(bt)2Ir(acac)]與紅光[(mpq)2Ir(acac)]來製做高效率的磷光元件。其元件表現在光電效率(electroluminescence performance)上達到低驅動電壓(low driving voltage)、高外部量子效率(EQE)及非常低的效率滾降(low efficiency roll-off),尤其發光層為2Cz-44Bpy: 10% (ppy)2Ir(acac)的元件光電特性是非常好的,在亮度為100 cd m−2下外部量子效率以及功率效率(PE)分別為22%(79.8 cd A−1)與102.5 lm W−1的高效率。除此之外在亮度為1000 cd m−2時的順向電壓與外部量子效率依舊有優異的表現,分別為2.8 V與21.6%。
第二部份將探討以Carbazole為核心並在不同位置上綁上cyano鍵的雙極性主體材料,並將其材料摻雜具有TADF效應的客體材料,分別為綠光[4CzIPN]、黃光[4CzTPN]與紅光[4CzTPN-Ph]來製做高效率延遲螢光元件。其元件擁有低驅動電壓(low driving voltage)、高外部量子效率(EQE)以及低的效率滾降(low driving voltage)現象,然而發光層為ms83: 10% 4CzIPN時元件擁有優異的外部量子效率(EQE)與功率效率(PE),分別為22.7% (68.8cd A−1)與69 lm W−1。除此之外元件在亮度為1000 cd m−2時外部量子效率(EQE)仍然可以維持在19.3%的高效率。
第三部份將探討具有可逆性激發態質子能量轉移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)之材料分別為t-HTTH 以及t-MTTH,上述兩種材料都擁有兩個放光波長其能階表現上分別為normal與tautomer state,在色彩表現上分別為藍光(~400 nm)與黃光(~560 nm),在製做元件上,可以利用分子的結構以及極性來調整兩者之間的強度,混出適當的白光元件,從元件的光譜量測中也可以觀察到主體材料的改變能影響兩者間的強度變化,並從結果發現WOLED最適合的客體材料為t-MTTH,在元件外部量子效率上可以達到1.70%且色度座標達到(0.29,0.33),非常靠進標準白光的(0.33,0.33),更重要的特性為在不同電壓下量測光譜可以發現擁有很高的色彩穩定性。在OLED的領域中,第一次利用ESIPT效應的單分子來製做成白光元件並且擁有很好的色彩穩定性,這對於OLED的應用中具有非常深遠的意義。

In first part of the thesis, we report bipolar host molecules composed of carbazole, triarylamine, and bipyridine were synthesized and applied in multi-color PhOLEDs. PhOLEDs were fabricated using green [(ppy)2Ir(acac)], yellow [(bt)2Ir(acac)], and red [(mpq)2Ir(acac)] as doped emitters, which showed low driving voltage, high external quantum efficiency (EQE), and extremely small efficiency roll-off. Moreover, the device containing 2Cz-44Bpy: 10% (ppy)2Ir(acac) showed an unprecedentedly high EQE of 22% (79.8 cd A−1) and PE of 102.5 lm W−1 at a practical brightness of 100 cd m−2. In addition, the extremely low roll-off efficiency and driving voltage are 21.6% EQE and 2.8 V at a practical brightness of 1000 cd m−2.
In second part, we report bipolar TADF-host molecules based on carbazole and cyano under different position. TADF-OLEDs were fabricated using green [4CzIPN], yellow [4CzTPN], and red [4CzTPN-Ph] as doped emitters, which showed low driving voltage, high EQE, and small efficiency roll-off. Moreover, the device containing ms83: 10% 4CzIPN showed an unprecedentedly high EQE of 22.7% (68.8cd A−1) and PE of 69 lm W−1. At a practical brightness of 1000 cd m−2, the device still can maintain EQE of 19.3%.
In third part, we report both t-HTTH and t-MTTH undergo a reversible type excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT). The pre-equilibrium in the excited state leads to both normal (~440 nm) and proton-transfer tautomer (~560 nm) emissions, for which the intensity ratio is dependent on both the molecular structure and the polarity of surrounding media. As a result, the emission can be widely tuned from blue to yellow via white-light luminescence. Based on t-MTTH, a white organic light emitting diode (WOLED) was successfully fabricated, achieving EQE of 1.70% with CIE coordinates of (0.29, 0.33). More importantly, the electroluminescent spectra show superior color stability that is independent of luminance. The result demonstrates for the first time a credible WOLED based on a unimolecular ESIPT reaction, which may have far-reaching implications for practical application.

致謝
摘要
英文摘要
大綱
圖目錄
表目錄
第一章 緒論
1-1前言
1-2有機發光二極體
1-3有機發光二極體分類介紹
1-4論文架構
1-5文獻參考
第二章 實驗原理與架構
2-1 前言
2-2有機材料純化
2-3 光物理量測
2-4 有機材料能階量測
2-5 載子遷移率量測
式2-1 載子遷移率公式。
2-6 螢光量子效率量測
2-7 光致放光之時間解析量測
2-8 有機發光元件的製作與量測
2-8-1 有機發光元件的製作與量測
2-8-2 元件的蒸鍍製程
2-8-3 元件的量測
第三章 利用雙極性主體製做高效率磷光元件
3-1 緒論
3-2 主體材料介紹
3-3 光物理特性
3-4 熱活性延遲螢光元件表現
3-5 電子傳輸層批配
3-6 摻雜磷光元件表現
第四章 利用雙極性主體材料製做高效率延遲螢光
4-1緒論
4-2主體材料介紹
4-3光物理特性
4-4藍光元件表現與討論
4-5 製作延遲螢光元件
第五章 利用極性主體摻雜ESIPT分子製做WOLED
5-1 緒論
5-2主體材料介紹
5-3光物理特性
參考文獻

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