新型OLED發光材料技術簡介

 

刊登日期:2015/6/2
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新型發光材料
有機發光材料在 OLED元件中扮演形成或接受激子( Exciton )並轉化放射出光子的角色,無疑是最為關鍵的材料之一。發光材料受到激發時,會以 1:3 的比例產生單重激發態( Singlet State )與三重激發態(Triplet State)兩種狀態,早期使用的發光材料多為純有機骨架的螢光材料,然而,由於其先天的物理限制,螢光材料僅能使用到單重激發態的能量,使內部量子效率的極限為 25%,而磷光材料由於受到重原子效應的影響,可同時使用到單重激發態與三重激發態的能量,因此磷光材料的內部量子效率最高可達 100%,是螢光材料的四倍,因此近年來的研究大多轉向以發光效率較佳的磷光材料為目標。

銅(I)錯合物–TADF 材料的另一個方向
與純有機骨架的 TADF 材料相比,銅(I)錯合物更容易合成,通常僅需1~2個步驟即可得到產物,並且純化上也相對容易,昇華產率普遍比磷光材料好,而純有機 TADF 材料則通常需要 4~6 個步驟,甚至更多步驟,才能得到產物,每個步驟的產率也較差。另外,由於銅 (I) 錯合物在激發態時,通常具有 Metal-to-ligand Chargetransfer(MLCT) 與 Metal-halide-to-ligand Charge-transfer ( (M+X)LCT )的電荷轉移現象,HOMO 與 LUMO 傾向分隔於金屬中心與配位基兩端,因此銅(I)錯合物較容易具有 TADF 的性質,純有機  TADF 材料則是需要透過理論計算,設計出同時具有 Donor 與 Acceptor 的分子結構,並且透過立體障礙阻斷兩者間的共軛系統,如此才能確實分隔開分子之中 HOMO 與 LUMO 的能階,使其具有 TADF 的性質,相較於銅(I)錯合物來說,設計與合成上明顯繁雜許多。


圖四、[Cu(dnbp)(DPEphos)]BF4 系列分子

進一步探討 CYNORA 公司發表之銅(I)錯合物,可發現其 HOMO 主要分布在銅-鹵素核心,而 LUMO 則幾乎都分布於連接兩個銅(I)原子的PyrPHOS 配位基,且主要集中在吡啶之上,HOMO 與 LUMO 幾乎沒有重疊,證明此結構具有明顯的TADF性質,更重要的是,分別改變銅-鹵素核心與配位體的結構,即可個別調整 HOMO 與 LUMO 能階,使放光光色能夠隨意改變(圖七)。HOMO 能階可以藉由使用不同的亞銅鹵化物(如碘化亞銅、溴化亞銅、氯化亞銅)與配位基反應,即可得到不同的銅-鹵素核心,然而實際上三者相比,量子效率最為優異的通常都是具有銅-碘核心的分子,且分子結構較為穩定,相較於銅-溴與銅-氯核心,銅-碘核心較不易被氧化破壞,所以此類雙核銅(I)錯合物通常都是以碘原子形成架橋連接兩個銅(I)原子為主。另一方面,若將下方的 PyrPHOS 配位基上的吡啶改為其他含氮雜環,則可輕易的調整 LUMO 能階,得到從藍光到深紅光等各種光色之銅(I)錯合物(圖八),比較可惜的是,目前效率最佳的仍是以綠光為主,藍光與紅光效率仍然不佳,波長 605 nm的紅光,其光激發量子效率僅有 6%,距離實際應用仍有一段路……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖十、CYNORA公司公布之綠光銅(I)錯合物效率圖

作者:黃邦齊 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」342期,更多資料請見下方附檔。


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