Syntheses and Properties of Phenanthroimidazole- and Imidazophenanthroline-Based Bipolar Materials and Their Applications in Electrofluorescence Devices

本論文在分子設計上結合電子予體和電子受體基團，合成一系列雙極性之藍色螢光放光體材料。論文第一部分將探討以菲並咪唑 (phenanthroimidazole) 為電子受體，結合電子予體咔唑或二苯胺後所合成的雙極性材料。其中命名為PBC和PBnC的分子有很高的量子產率，製備成非摻雜式有機發光二極體時，其外部量子效率和CIE色度座標分別為6.6%、(0.16, 0.06) 及5.4%、(0.15, 0.08)。 第二部分改以咪唑並鄰菲咯啉 (imidazophenanthroline) 為電子受體，希望可藉此增加電子傳遞速率。之後在咪唑並鄰菲咯啉 (imidazophenanthroline) 上其咪唑(imidazole)的1、2號位置分別引入電子予體咔唑或二苯胺。並將探討此系列材料之基本性質和元件應用。A series of bipolar blue fluorescent emitters have been synthesized through the combination of phenanthroimidazole or imidazophenanthroline as the electro-accepting moieties with the electro-donating arylamines such as carbazole and diphenylamine. In the first part of this thesis, the phenanthroimidazole-based molecules connected with carbazole and diphenylamine were designed, synthesized and characterized. The blue emitters PBC and PBnC with high photoluminescence quantum yield demonstrated external quantum efficiency (CIE coordinates) up to 6.6% (0.16, 0.06) and 5.4% (0.15, 0.08) respectively in nondoped organic light-emitting devices,. In order to achieve better electron transporting ability than phenanthroimidazole-based materials, we further accomplished the isomers of imidazophenanthroline-based emitters in the second part of this thesis. The fundamental properties and applications of these materials were investigated by means of the analytical measurement and device fabrication.謝誌 I 中文摘要 II ABSTRACT III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 分子結構圖 XII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 有機電致發光元件結構及原理 2 1-3 螢光、磷光及延遲螢光 5 第二章 菲並咪唑為核心之螢光材料之合成、性質與元件應用 9 2-1 前言 9 2-2 菲並咪唑為核心之螢光材料之發展 11 2-3 菲並咪唑為核心之分子合成 13 i. PBnC之分子合成 14 ii. PBC之分子合成 15 iii. PFA之分子合成 16 iv. PSA之分子合成 17 2-4 菲並咪唑為核心之分子性質研究 18 i. 光物理性質 18 ii. 熱性質 25 iii. 電化學性質 26 2-5 OLED元件應用 28 i. 以PBnC與PBC為螢光材料之元件表現 30 ii. 以PFA為螢光材料之元件表現 33 iii. 結論 35 第三章 咪唑並鄰菲咯啉為核心之螢光材料之合成、性質與元件應用 36 3-1 咪唑並鄰菲咯啉為核心之分子合成 36 i. NBA之分子合成 36 ii. NA之分子合成 38 iii. NC之分子合成 39 iv. NnA之分子合成 40 v. NnC之分子合成 41 3-2 咪唑並鄰菲咯啉為核心之分子性質研究 42 i. 光物理性質 42 ii. 熱性質 52 iii. 電化學性質 52 3-3 OLED 元件應用 54 i. 以NBA、NA與NC為螢光材料之元件表現 54 ii. 以NnA與NnC為螢光材料之元件表現 57 iii. 結論 59 第四章 實驗部分 60 4-1 測試儀器 60 4-2 合成步驟與數據 61 參考文獻 71 附錄 I. 化合物之TGA、DSC熱性質圖譜 73 附錄 II. 化合物之1H、13C NMR光譜 88 附錄 III. 化合物之單晶鍵長鍵角數據圖 10