第四章 磷光（Phosphorescence）材料與白光有機發光二極體元件 4.1 前言 4.2 有機發光二極體三重態發光物質的原理

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1 第四章 磷光（Phosphorescence）材料與白光有機發光二極體元件 4.1 前言 4.2 有機發光二極體三重態發光物質的原理
4.1 　前言 4.2 　有機發光二極體三重態發光物質的原理 4.3 　有機發光二極體三重態發光物質光色調控原則 4.4 　1931 CIEx,y色座標或發光光譜λmax區分顏色原則 4.5 　紅色磷光材料 4.6 　藍色磷光材料 4.7 　綠色磷光材料 4.8 　黃色磷光材料 4.9 　橘色磷光材料 構成白色磷光OLED材料的搭配與元件構成和表現

2 4.1 前言 近來無機發光二極體（LED）發展的速度來看，取代發光效率甚差的白熾燈泡（incandescent lamp）只是時間上的問題。
4.1 前言 近來無機發光二極體（LED）發展的速度來看，取代發光效率甚差的白熾燈泡（incandescent lamp）只是時間上的問題。 本章會先就有機磷光物質（三重態發光物質），物理與化學原理跟色彩上的調控作一基本的介紹。

3 4.2 有機發光二極體三重態發光物質的原理 光物理對螢光與磷光的區分有名確的定義：物質從單重激發態（singlet excited state）發出的光為螢光；物質從三重激發態（triplet excited state）發出的光為磷光。

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5 4.2 有機發光二極體三重態發光物質的原理 就一般物質而言，光物理原則說明了發光量子效率（emission quantum yield, Φ）取決於輻射去活化與非輻射去活化兩種途徑的比例多寡，使用輻射去活化速率常數（KrS or KrT）與非輻射去活化速率常數（Knr S or Knr T）可以獲致發光量子效率定量的估算。

6 4.3 有機發光二極體三重態發光物質光 色調控原則
4.3 有機發光二極體三重態發光物質光 色調控原則 目前成功適用在有機發光二極體的三重態發光物質均為過渡金屬配位錯合，調控這類化合物的發光顏色所遵循的原則，基本上跟調控發螢光的Alq 金屬螯合物（metal chelate）是出自同一套法則。 3

7 4.3 有機發光二極體三重態發光物質光 色調控原則
4.3 有機發光二極體三重態發光物質光 色調控原則 原則一是減少配位基的π電子數（π共軛長度或大小）可縮短發光的波長；增多配位基的π電子數可拉長發光的波長。 原則二是在分子結構適當位置上放置推電子基（electron donor）與拉電子基（electron acceptor），此推拉電子基亦可採用不同電負度的原子來代替。

8 會被用在白光OLED裡的磷光材料有藍的、綠的、與紅的等三原色。
CIEx, y色座標或發光光譜λmax 區分顏色原則 會被用在白光OLED裡的磷光材料有藍的、綠的、與紅的等三原色。

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10 4.5 紅色磷光材料 為能製造出表現令人滿意的白光OLED，目前選用的還是以天藍色的磷光材料為主，這強迫所搭配的紅色磷光材料要接近於飽和紅的深紅色才可以。

11 4.5 紅色磷光材料 最早出現使用在OLED中當作磷光材料是PtOEP，這是個發出深紅色且接近飽和紅色的有機磷光材料。
4.5 紅色磷光材料 最早出現使用在OLED中當作磷光材料是PtOEP，這是個發出深紅色且接近飽和紅色的有機磷光材料。 當電流密度增大（或OLED 亮度增加）時元件效率迅速下降，此現象俗稱為「效率滾降」（efficiency roll off）。

12 PtOEP此類紅色磷光材料研究發現，「效率滾降」跟磷光生命期長短有很大關係。

13 4.5 紅色磷光材料 Ir(4F5Mpiq) 發紅色磷光OLED的表現一直在同類型元件中保持領先的地位，直到最近紅色磷光摻入物主體材料（host materials）的新進展，Ir(4F5Mpiq) 的紅色磷光OLED 的表現才被超越。 3 3

14 4.6 藍色磷光材料 藍色磷光材料不僅發展的最晚也發展的最不理想。
4.6 藍色磷光材料 藍色磷光材料不僅發展的最晚也發展的最不理想。 會形成這種現象的原因，除了材料本身的因素外，也有元件結構與所搭配主體材料或傳輸材料（電洞的或電子的）造成的。

15 4.6 藍色磷光材料 用旋轉塗佈濕式方法製作的藍色磷光OLED，其效果總是不如真空蒸鍍乾式製作的。

16 4.6 藍色磷光材料 藍光色純度最佳的OLED 1931 CIEx,y
4.6 藍色磷光材料 藍光色純度最佳的OLED 1931 CIEx,y (0.17,0.06)，早在2005年由Thompson與Forrest所報導的Ir(pmb) 就辦到的。 這是第一個不含氟原子的藍色磷光摻入材料，也是第一個採用含carbene(C：)結構代替含氮雜環配位基。 3

17 4.6 藍色磷光材料 Thompson與Forrest在發展UGH系列主體材料時，提出設計這類材料的一個很實用的半經驗法則。
4.6 藍色磷光材料 Thompson與Forrest在發展UGH系列主體材料時，提出設計這類材料的一個很實用的半經驗法則。 一、以E 的高底來衡量，採用carbazole為主體材 料部分結構的設計。 二、雙苯基（biphenyl）本身E 為2.8eV，故主體 材料結構的設計要避免苯環與苯環的直接連結。 T T

18 4.7 綠色磷光材料 Ir(ppy) 與(ppy) Ir(acac)綠色磷光配位錯合物，是結構最簡單的兩個磷光金屬配位錯合物，任何添加的推拉電子取代基或π-共軛的加大都是從ppy開始。 3 2

19 4.7 綠色磷光材料 Ir(ppy) OLED 報導的數據可看出，元件的結構，包括主體材料的選擇、電洞阻擋層的施加與其材料的選擇，電洞與電子傳輸層製作成n-或p-摻入的p-i-n夾層結構，對OLED元件有很大的影響。 3

20 4.7 綠色磷光材料 最後，Fattori與Williams研究團隊報導的Pt(dpp)Cl、Pt(dpt)Cl、Pt(dpppy)Cl、Pt(dppmst)Cl等四個綠色磷光材料，其中Pt(dpppy)Cl是已知化合物中最接近飽和綠色的磷光摻入材料。

21 4.8 黃色磷光材料 黃色是個中間色，本來在構成白光OLED時用不到。
4.8 黃色磷光材料 黃色是個中間色，本來在構成白光OLED時用不到。 但是白光OLED可以由雙色來達成即黃光加藍光，不過這樣子構成的白光其白光色演色性指數（color rendering index）會比較差。

22 研究報導利用(dfppy) Pt (ipenac)活化雙體的黃色磷光加上未生成活化雙體摻入物本身的藍色磷光，成功製作出略偏黃綠色的白光OLED 。

23 4.9 橘色磷光材料 最近Karl Leo研究團隊示範一白光OLED ，用高折射係數修飾出光表面強化光輸出偶合係數（light output coupling factor）。 此白光OLED採用的都是磷光材料，綠色的Ir (ppy) 、天藍色的FIrpic、和橘色的(MDQ) Ir (acac) 。 3 2

24 4.10 構成白色磷光OLED材料的搭配與 元件構成和表現
白光的特性除了以1931 CIEx,y色座標來判斷外，一般認為人造光源應讓人眼正確地感知色彩，就如同在太陽光下看東西一樣。 此準據即是光源之演色特性，稱之為「演色性指數」（color rendering index, CRI）。

25 構成白色磷光OLED材料的搭配與 元件構成和表現 就OLED元件結構的設計上主要以下三種方式來實現，分別為多重發光層元件（multiple emissive layers）、多摻入發光層元件（multiple dopants emissive layer）與色轉換法（down conversion）。