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研究生: 楊翔富
Yang, Hsiang-Fu
論文名稱: 三苯胺芴衍生物的合成及光電性質探討
Synthesis and optoelectronic properties of luminescent fluorene derivative containing hole-transporting triphenylamine terminals
指導教授: 陳雲
Chen, Yun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 有機發光二極體三苯胺
外文關鍵詞: OLED, Fluorene, Triphenylamine
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  • 有機發光二極體是藉由從陽極、陰極注入的電洞及電子在發光層中再結合發出不同的光色,因此電荷傳輸速率之平衡對發光效率有很大的影響,透過發光材料之結構設計,有效增加電洞及電子之再結合機率。
    本研究以Wittig reaction合成以芴(fluorene)為核心,三苯胺 (triphenylamine)為末端基之化合物(TF),並且以紅外光譜(FT-IR)、核磁共振光譜(1H-NMR)、元素分析儀(EA)鑑定其結構,並探討其熱性質、電化學性質、光學性質、表面成膜性質、電激發光元件性質。
    TF以芴為核心,並經由Wittig reaction產生共軛鍵,因此中心為剛硬平面結構,使玻璃轉移溫度達到89 oC。薄膜態UV/Vis最大吸收和螢光光譜(PL)最大放光分別為425 nm和506 nm,TF分子結構具有三苯胺基團有效提升其HOMO能階(-5.12 eV),降低電洞由PEDOT:PSS注入能障。TF (Mw = 1140)可利用簡易旋轉塗佈的方式製備均勻薄膜,薄膜表面的粗糙度(rms roughness = 1.02 nm)低於傳統電洞傳輸材料NPB。將TF摻混至PF (polyfluorene)作為發光層,元件結構為[ITO/ PEDOT:PSS/TF+PF (110 nm)/LiF (0.5 nm)/Ca (50 nm)/Al (100 nm)],隨著TF摻混比例增加,起始電壓隨之增大,TF4(1 wt%TF+PF10 mg)最大亮度和最大電流效率分別為4040 cd/m2、1.62 cd/A, CIE 1931色度座標(0.17, 0.39) 。TF作為電洞傳輸層元件結構為[ITO/PEDOT:PSS/HTL(100 nm)/Alq3(70 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]最大亮度和最大電流效率分別為9390 cd/m2、2.90 cd/A,CIE 1931色度座標為(0.29, 0.55),電流效率遠高於以NPB為電洞傳輸層之元件效率(1.24 cd/A)明顯提升。研究結果顯示,此TF兼具發光及電洞傳輸功能,且可以溼式塗佈方式加工,具有光電材料應用的潛力。

    In this study, a trifunctional 4,4,4,,-{[9,9-bis(hexyl) -9H -fluorene-2,4,7-triyl]tri-2,ethane-diyl}tris(N,N-diphenyl)benzeneamine (TF), containing fluorene core and terminal triphenylamines, was syn- thesized by Wittig reaction. The characteristics of TF were analyzed by FT-IR, 1H-NMR, elemental analysis, DSC, optical spectra, cyclic voltammetry, and AFM. The TF exhibited moderate glass transition temperature (Tg = 89 ℃). In film state, it shows absorption and photo luminescence (PL) peaks at 425 nm and 506 nm, respectively. The triphenylamine terminals were intentionally incorporated to increase hole-transpoting ability and to decrease barrier height of hole injection. Double-layer electroluminescent devices [ITO/PEDOT:PSS/blend layer (110 nm)/LiF(0.5 nm)/Ca(50 nm)/Al(100 nm)], were fabricated to investigate the influence of TF contents on emission characteristics. The maximum brightness and current efficiency of blend devices were 4040 cd/m2 and 1.62 cd/A, respectively. Furthermore, TF can also be employed as hole-transporting layer (HTL) to increase carriers injection. For instance, when fabricated as ITO/PEDOT:PSS/ HTL/Alq3(70 nm)/LiF(0.5 nm)/ Al(100 nm), its maximum brightness (9390 cd/m2) and current efficiency (2.90 cd/A) were superior to those using NPB as hole-transpoting layer. In addition, homogeneous TF film is readily prepared by simple wet processes (spin-coating), while NPB film is usually obtained by vacuum vapor deposition. Our results indicated that the TF is a potential optoelectronic material which is readily processed by spin-coating.

    目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 流程目錄 VII 圖目錄 VIII 表目錄 XII 第一章 序論 1 1-1 前言 1 1-2 理論基礎 3 1-2-1 共軛導電高分子 3 1-2-2 螢光理論 5 1-2-3 影響螢光強度的因素 7 1-2-4 分子間激發態(interchain exciton) 9 1-3 元件發光原理及結構 12 1-3-1 發光原理 12 1-3-2 單層元件 13 1-3-3 多層元件 14 1-3-4 影響OLED發光效率的因素 16 1-4 能量轉移 17 第二章 文獻回顧 19 2-1 聚芴高分子(polyfluorene) 19 2-2 線性高分子 20 2-2-1 共聚高分子 20 2-2-2 末端基效應: 23 2-3 單分散寡聚物(monodisper oligomers) 24 2-3-1 螺旋狀 25 2-3-2 網狀 26 2-3-3 星狀 26 2-3-4 環狀 27 2-4 27 2-4研究動機 28 第三章 實驗內容 29 3-1 實驗裝置與設備 29 3-2 鑑定儀器 30 3-3 物性及光電特性測量儀器 31 3-4 藥品及材料 40 3-5 合成步驟與結果 41 3-5-1 單體合成(scheme 1~scheme 2) 43 3-6 反應原理 46 3-6-1 Wittig 反應 46 第四章 結果與討論 47 4-1 單體結構之合成與鑑定 48 4-1-1 紅外光譜(FT-IR) 48 4-1-2 核磁共振光譜(NMR) 48 4-1-3 元素分析儀(EA) 48 4-1-4 微差式掃描熱卡計(DSC) 49 4-2 光學性質分析 55 4-2-1 UV/Vis吸收光譜和PL發光光譜 55 4-2-2 相對量子效率 56 4-3 電化學性質分析 58 4-3-1 TF電化學性質探討 59 4-4 元件性質分析 63 4-4-1 電流密度(J)-電壓(V)-亮度(L)特性 64 4-4-1-1 發光層(emitting layer) 64 4-4-1-2 電洞傳輸層(hole-transporting layer) 65 4-4-2 電激發光光譜(electroluminescence Spectra) 66 4-4-2-1 發光層(emitting layer) 66 4-4-2-2 電洞傳輸層(hole-transporting layer) 67 第五章 結論 78 參考文獻 80

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    校外:2015-07-05公開
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