目前有機電激發光二極體，以磷光材料為發光客體有較高的效率表現，但由於藍色磷光材料壽命不盡理想，使得商業化的元件大部分還是使用擁有較長壽命的藍色螢光材料，而螢光元件較低的發光效率依舊是一大問題。其中電子傳輸層為高電荷消耗比率層在整體元件中扮演著舉足輕重的角色。因此研發高效率的電子傳輸層材料是現今重要的課題。我們合成出以順式二苯乙烯/芴螺旋體混成系統為核心架構，並在 C3 與 C7 位置上引入嘧啶官能基以及一系列衍生物的電子傳輸層材料，期望能夠製作出具有高效率且長壽命的電子傳輸層材料。應用於綠色磷光元件中，(pm)2S 以及 (mpypm)2S 都具有亮眼的表現，首先 (pm)2S 在亮度為 1,000 cd/m2 下外部量子效率為 13.8 %； 電流效率以及功率效率為 49.4 cd/A 及 55.8 lw/W。其中功率效率的部分相對於商業化電子傳輸層材料 ET01 高出了約 23 %；(mpypm)2S 在亮度為 1,000 cd/m2 下外部量子效率為 12.3 %； 電流效率為 43.6 cd/A； 功率效率為 52.3 lw/W，EQE 以及電流效率相比 ET01 高出了 8 %，而功率效率則高了 21 %。應用於藍色螢光元件中以 (pm)2S 的效率表現最佳，在操作電流 20 mA/cm2 下外部量子效率為 7.6 %，電流效率及功率效率分別為 12 cd/A 及 6.5 lm/W，其元件壽命 (LT95) 可達 169 小時。而其中元件壽命最好的材料 (mpypm)2S 其元件壽命 (LT95) 更是高出 (pm)2S 將近一倍達到 327 小時。
我們也合成出深紅色磷光客體材料 Ir(SQ)2(acac)，並在濕式製程中找到良好的主客體元件結構搭配，元件結構為 ITO/PEODT : PSS (35 nm)/NPB : 10% Bebq2 : 5 wt% Ir(SQ)2(acac) (15 nm)/TPBI (40 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm) 時，得到最大外部量子效率高達 11 %，CIE(x, y) 座標位於 (0.68, 0.27)，是一高效率的深紅光色磷光元件。以及利用修正 Ir(SQ)2(acac) 配體分子結構得到的 Ir(DMQ)2(acac) 成功地應用在真空蒸鍍，並且得到了不錯的效率以及非常深紅的光色。在元件結構為 ITO/HATCN (2.5 nm)/TAPC (40 nm)/WPH401 : 5 % Ir(DMQ)2(acac) (20 nm)/TPBI (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm) 時，其最大外部量子效率為 6.4 %，其 CIE(x,y) 座標為 (0.69, 0.26)。

In current Organic light-emitting diodes (OLED) devices, the devices made of phosphorescent materials exhibit much higher efficiency than the corresponding fluorescent devices. However, most of the commercial blue OLED devices still adopt fluorescent materials because of the much shorter life-time of the blue phosphorescent OLED devices. Although blue fluorescent OLED devices can maintain much longer life-time, the significant lower fluorescent quantum yield reamins a major problem, ETL is a high power consumption layer in the whole device. So, high efficiency electron transporting materials development has been a big issue. Herein we utilize spirally configured, cis stilbene/fluorene hybrid system as the core template, and then connect pyrimidine functional group at C3 and C7 positions. We expect these electron transporting materials to achieve higher efficiency and longer life-time for OLED devices. In green phosphorescent ETL devices, (pm)2S and (mpypm)2S show great device performance, (pm)2S leads to the device with an external quantum efficiency (EQE) of 13.8 %; current efficiency (CE) of 49.4 cd/A; power efficiency (PE) of 55.8 lm/W at 1,000 cd/m2. The PE of this device has increased by 23 % as compared to the commercial device made of ET01. For another (mpypm)2S system, the device exhibits an EQE of 12.3 %; CE of 43.6 cd/A and PE of 52.3 lm/W at 1,000 cd/m2, the efficiencies of this device have increased by 8 % for EQE and CE, 21 % for PE as compared to the commercial device made of ET01. In blue fluorescent devices, the use of (pm)2S as ETL shows the best performance with EQE of 7.6 %, CE of 12 cd/A, PE of 6.5 lm/W at 20 mA/cm2, and its life-¬time (T95) can reach 169 hours under the condition of luminance of 1,000 cd/m2. And the use of (mpypm)2S as ETL has the longest life-time (T95) among all ETL materials examined, its life-time (T95) can achieve 327 hours under the condition of luminance of 1,000 cd/m2.
Furthermore, we also synthesize a deep-red phosphorescent material called Ir(SQ)2(acac), and we have indentified Bebq2 as a suitable co-host system, that can apply Ir(SQ)2(acac) to a wet-processed OLED device. For the configuration, ITO/PEODT : PSS (35 nm)/NPB : 10% Bebq2 : 5 wt% Ir(SQ)2(acac) (15 nm)/TPBI (40 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm), this device achieved a maximum EQE of 11 %, and its CIE(x, y) locate at (0.68, 0.27). It’s one of the highest efficiency deep-red phosphorescent device. In addition, we synthesize Ir(DMQ)2(acac) modified by ligand of Ir(SQ)2(acac), and successfully apply it to vacuum deposition porcess. For the configuration, ITO/HATCN (2.5 nm)/TAPC (40 nm)/WPH401 : 5 % Ir(DMQ)2(acac) (20 nm)/TPBI (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm), this device showed a maximum EQE of 6.4 %, and its CIE(x, y) locate at (0.69, 0.26). Similar efficiency and device performance was obtained by using a wet process.

中文摘要
Abstract
圖目錄 I
表目錄 X
流程目錄 XII
第一章 緒論 1
第一節 前言 1
第二節 分子發光機制 2
2-1 激發 2
2-2 緩解 2
2-3 電激發光 4
2-4 電激發主客體系統發光機制 5
第三節 有機電激發光二極體之發展 7
第四節 有機電激發光二極體材料 9
4-1 電洞注入材料 (Hole Injection Materials) 9
4-2 電洞傳輸材料 (Hole Transporting Materials) 10
4-3 電洞阻擋材料 (Hole Blocking Materials) 11
4-4 電子傳輸材料 (Electron Transporting Materials) 12
4-5 電子注入材料 (Electron Injection Materials) 12
4-6 發光材料 (Emitting Materials) 13
第六節 有機電激發光二極體材料之電荷移動率 13
第七節 有機電激發光二極體之光色 14
第八節 有機電激發光二極體之效率 15
8-1 量子產率 15
8-2 發光效率及電源效率 17
第九節 元件內部之能量轉移 18
9-1 分子間能量轉移 18
9-2 產生焦耳熱 18
第十節 OLED 壽命 18
10-1 有機膜的穩定性 18
10-2 激發態的穩定性 19
10-3 正電荷的累積 19
第二章 順式二苯乙烯/芴螺旋體衍生物於有機電激發光二極體之新型電子傳輸材料的應用 20
第一節 研究背景 20
第二節 文獻回顧 24
第三節 分子設計、合成及 X-ray 結構解析 35
3-1 分子設計與合成 35
3-2 X-ray 結構解析 39
第四節 熱、光物理、電化學性質之探討 43
第五節 元件結果與討論 61
5-1 元件製作、封裝與量測 61
5-2 綠色磷光之電子傳輸層元件 62
5-3 藍色螢光之電子傳輸層元件 72
第三章 喹喔啉配體之銥金屬錯合物於有機電激發光二極體之磷光材料的應用 82
第一節 研究背景 82
第二節 文獻回顧 84
第三節 分子設計、合成及結構解析 88
3-1 分子設計與合成 88
3-2 X-ray 結構解析 91
第四節 熱、光物理、電化學性質之探討 93
第五節 元件結果與討論 101
5-1 Ir(SQ)2(acac) 以 CBP 為磷光主體材料之濕式紅色磷光元件 101
5-2 Ir(SQ)2(acac) 以 NPB/Bebq2 共主體材料之濕式紅色磷光元件 105
5-3 Ir(DMQ)2(acac) 以 CBP 為磷光主體材料之濕式紅色磷光元件 109
5-4 Ir(DMQ)2(acac) 以 NPB/Bebq2共主體材料之濕式紅色磷光元件 113
5-5 Ir(DMQ)2(acac) 為磷光客體材料之乾式紅色磷光元件 117
第四章 結論與未來展望 121
第一節 結論 121
第二節 未來展望 123
第五章 儀器設備與實驗 125
第一節 分析儀器 125
第二節 蒸鍍相關資訊 128
2-1 真空蒸鍍材料 128
2-2 元件製作及蒸鍍 129
第三節 實驗步驟及數據分析 130
參考文獻 151
附錄一 核磁共振光譜圖 S1
附錄二 元素分析數據報告 S40
附錄三 薄膜 HOMO 能階量測數據 (AC-Ⅱ) S41
附錄四 薄膜量子產率數據圖 S43
附錄五 X 光單晶繞射結構解析 S45

(1) M. A. Baldo; D. F. O’Brien; M. E. Thompson; S. R. Forrest, Phys. Rev. B 1999, 60, 14422.
(2) Tang, C. W.; Vanslyke, S. A. Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913.
(3) Friend, R. H.; Burn, P. L.; Holmes, A. B. Nature 1990, 347, 539.
(4) Elschner, A.; Bruder, F.; Heuer, H. W.; Jonas, F.; Karbach, A.; Kirchmeyer, S.; Trum, S.; Wehrmann, R. Synth. Met. 2000, 11, 139.
(5) (a) Jang, J. G.; Song, S. H. 2004, WO2004054326 (b) Y.-K. Kim; J. W. Kim; Y. Park, Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 063305.
(6) Yamamoto, T.; Nishiyama, M.; Koie, Y. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 2367.
(7) Salbeck, J.; Yu, N.; Bauer, J.; Weissotel, F.; Bestgen, H. Synth. Met. 1997, 91, 209.
(8) Kuwabara, Y.; Ogawa, H.; Inada, H.; Noma, N.; Shirota, Y. Adv. Mater. 1994, 6, 667.
(9) J. Shi; C. W. Tang; C. H. Chen, 1997, U. S. Patent 5646948
(10) S.-J. Su; T. Takeda; J. Kido; T. Chiba. Adv. Mater. 2008, 20, 2125.
(11) J. D. Anderson; E. M. McDonald; P. A. Lee; M. L. Anderson; E. L. Ritchie; H. K. Hall; T. Hopkins; E. A. Mash; J. Wang; A. Padias; S. Thayumanavan; S. Barlow; S. R. Marder; G. E. Jabbour; S. Shaheen; B. Kippelen; N. Peyghambarian; R. M. Wightman; N. R. Armstrong, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9646.
(12) Bulovic, V.; Khalfin, V. B.; Gu, G. Burrows, P. E. , Phys. Rev. B 1998, 58, 3730.
(13) 陳金鑫 ; 黃孝文，夢幻顯示器 ; OLED材料與元件，五南出版社，2007, p.256–p.279.
(14) Chen, D.; Su, S.-J. ; Cao, Y. J. Mater. Chem. C 2014, 2, 9565.
(15) Y. Wei.; C.-T. Chen. J. AM . Chem. Soc. 2007, 129, 7478.
(16) 趙韋善 (2013)，具雙極性順式二苯乙烯/芴螺旋體雙重鄰位混成系統之衍生物在有機電致發光和有機敏化太陽能電池材料上的應用之研究，國立台灣師範大學化學系博士論文。
(17) 黃健博 (2015)，順式二苯乙烯/芴螺旋體之吡啶衍生物餘有機電激發光二極體的應用，國立清華大學化學系碩士論文。
(18) (a) Wong, K. T.; Liao, Y. L. ; Wu, C. C.; Lin, Y. T; Chiang, H. H., US Patent 6872824 (b) Wu, C. C.; Lin, Y. T.; Chiang, H. H.; Cho, T. Y.; Chen, C. W.;Wong, K. T.; Liao, Y. L.; Lee, G. H.; Peng, S. M. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 577
(19) S.-J. Su; T. Takeda; J. Kido; T. Chiba. Adv. Mater. 2008, 20, 2125.
(20) S.-J. Su; Y. Takahashi; T. Chiba; T. Takeda; J. Kido. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1260.
(21) H.Sasabe; E. Gonmori; T. Chiba; Y.-J. Li; D. Tanaka; S.-J. Su; T. Takeda; Y.-J. Pu; K. Nakayama; J. Kido. Chem. Mater. 2008, 20, 5951.
(22) H. Sasabe; T. Chiba; S. J. Su; Y.-J. Pu; K. Nakayama; J. Kido. Chem. Commun. 2008 , 5821.
(23) Y. Seino; S. Inomata; H. Sasabe; YJ. Pu; J. Kido. Adv. Funct. Mater. 2016, 28, 2638-2643.
(24) M. Liu; S. J. Su; M. C. Jung; Y. B. Qi; W. M. Zhao; J. Kido. Chem. Mater. 2012, 24, 3817.
(25) X.-J. Yin; D.-C. Chen; Q.-M. Peng; Y.-P. Xiang; G.-H. Xie; Z.-C. Zhu; C. Zhong; F. Li; S.-J. Su; C.-L. Yang. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 1482.
(26) (a) Inzelt, G. J. Solid State Electrochem. 2003, 7, 503. (b) K. M. Omer; S.-Y. Ku; Y.-C. Chen; K.-T. Wang; A. J. Bard. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10944.
(27) Y. Nakajima; D. Yamashita; A. Endo; T. Oyamada; C. Adachi; M. Uda, Proceedings of IDW’04, Dec.8-10, 2004, 1391, Niigat, Japan.
(28) Dong, M.-S.; Wu, X.-M.; Hua, Y.-L.; Qi, Q.-J.; Yin, S.-G. Chin. Phys. Lett. 2010, 27, 127802.
(29) Kondakov, D. Y. J. Appl. Phys. 2008, 104, 084520.
(30) Scholz, S.; Kondakov, D.; Lü ssem, B.; Leo, K. Chem. Rev. 2015, 115, 8449−8503.
(31) H. Fujii; H. Sakurai; K. Tani; K. Wakisaka; T. Hirao. IEICE Electronics Express 2005, Vol.2, No.8, 260.
(32) D. Schneidenbach; S. Ammermann; M. Debeaux; A. Freund; M. Zollner; C. Daniliuc; P. G. Jones; W. Kowalsky; H.-H. Johannes. Inorg. Chem. 2010, 49, 397.
(33) B. Jiang; Y. Gu; J. Qin; X. Ning; S. Gong; G. Xie; C. Yang. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 3492-3498.
(34) K. Tani; H. Fujii; L. Mao; H. Sakurai; T. Hirao. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007, 80, 783.
(35) 魏屹 (2009)，喹喔啉/二苯基芴及二苯乙烯/芴之雙重鄰位混成系統在光電材料上的應用，國立臺灣師範大學化學系博士論文。