本論文主旨為利用本實驗室自行設計合成之有機發深藍光材料，藉由製程與主客體摻雜濃度的不同，去探討有機發光元件中Forster energy transfer與Dexter energy transfer兩種不同能量轉移路徑以及摻雜濃度對元件特性的影響。在材料方面主客體材料各別使用Carbazole衍生物與Anthracene衍生物作為研究的主軸。而在製程方面共分成乾製程與濕製程兩種不同的方式作討論：（1）將主客體材料，利用共蒸鍍方式製備OLED元件；因為物理摻雜會使主客材料間距離較大，能量多會以Forster energy transfer的機制傳輸，由此進一步探討其物理摻雜的能量轉移特性。（2）將主客體材料聚合成高分子，利用濕製程方式製備PLED元件；該材料主客體間彼此擁有化學鍵結的特性，偶極與偶極之間距離較短，以致產生Dexter energy transfer的機制，藉此探討化學鍵結的能量轉移對元件效率的影響。由兩種不同的製程沿伸出兩種不同的能量轉移的機制，再進一步調變摻雜濃度讓元件最佳化，研究發現化學鍵結的高分子材料，因為Dexter energy transfer會增加主體能量轉移給客體的機率，使主體材料能量能有效轉移至客體。由本論文中可發現改變客體摻雜濃度，將高分子的客體摻雜比例（主體：客體=X：Y；X+Y=100），分別定為50%、25%、20%、15%、5%（P0、P1、P2、P3、P4），由此探討客體摻雜比例對元件特性的影響。實驗發現利用共蒸鍍（乾製程）製備OLED元件中可以觀察到濃度淬熄的現象，最佳客體摻雜比例為20%。另一方面利用旋轉塗佈（濕製程）製備PLED元件中可發現，本實驗高分子材料由於在分子結構設計上，利用了C-F鍵及Carbazole增加高分子鏈之立體障礙性，使分子間不易堆疊產生淬熄，在客體摻雜濃度50%的P0材料尚未發現濃度淬熄現象，相反的擁有更優越的放光特性。本論文經實驗後驗證在此系列的有機發深藍光材料中利用化學鍵結方式製備元件發光效率上優於物理摻雜，能量轉移也較佳。

Deep blue light material which is from laboratory designed and synthesized were studies. Using process and Host-Guest system for individual dopant concentration to discuss how energy transfer and the effects of doping concentration with Forster energy transfer and Dexter. The host material is Carbazole derivatives, and the guest material is Anthracene derivatives. We use two processes what is physical doping and chemical bonding to discuss：（1）To make the OLED by co-evaporation methods. Owing to physical way will make host and guest material have larger distances, and more energy will be transferred by Forster energy transfer mechanism, thus further seminar the characteristics of physical dopant.（2）To make the PLED by using spin coating method. The polymer material has chemical bonding characteristics therefore shows reduce distance between the dipole-dipole interaction, and produce Dexter energy-transfer. We conclude that chemical bonding affects device. Through two diverse processes extending two different mechanisms of energy transfer, and adjust doping concentration to optimization. The work shows that the Dexter energy-transfer, polymer material of chemical bonding will increase the probability of energy transfer that can be effectively transfer to Host-Guest system. Thus far we discover changing the guest doping concentration of polymer（Host：Guest=X：Y；X+Y=100） specifically at 50%, 25%, 20%, 15% and5% compared P0, P1, P2, P3 and P4 has distinct result. In this study we’ve found that making OLED by co-evaporation methods displays the concentration quench effect. According to former the best guest doping concentration is 20%. The other hand we do not discover the concentration quench yet in the PLED, because especially designed the molecular structure of the polymer material uses the C-F bond and Carbazole to increase steric hindrance of the polymer chain so among of the molecule is not easy to stack to produce quench effect. At 50% doping concentration of sample P0 has the best luminous intensity. Base on above-experimented, we conclude the device of organic deep blue light material in chemical bonding is better than physical doping, and the energy transfer is also better.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 序論 1
1.1前言 1
1.2有機發光二極體簡介 2
1.3有機發光二極體原理 8
1.4能量轉移機制 11
1.4.1輻射能量轉移 11
1.4.2非輻射能量轉移 12
1.5量子效率 14
1.6濃度淬熄效應 15
1.7有機發光二極體OLED和PLED的比較 16
1.7.1材料、元件方面 16
1.7.2設備、製程方面 16
1.8有機發光元件材料介紹 17
1.9研究動機 23
第二章 實驗儀器介紹與原理 24
2.1紫外與可見光光譜儀（UV-VIS SPECTROMETER，UV-Vis） 24
2.2螢光光譜儀（Fluorescence spectrometer，PL） 25
2.3表面輪廓儀（Surface Profiler） 26
2.4循環伏安儀（Cyclic Voltammetry） 27
2.5飛行時間式電荷傳輸特性量測系統（Time-of-Flight System，TOF） 27
2.6超音波振盪器（Ultrasonic oscillator） 28
2.7磁式旋轉加熱盤（Hot plate） 29
2.8紫外光臭氧清洗機（UV-ozone） 29
2.9轉塗佈機（Spin Coater） 30
2.10手套箱（glove box） 31
2.11真空熱蒸鍍系統 31
2.12量測儀器 32
第三章 實驗 34
3.1實驗材料 34
3.2實驗流程圖 36
3.3元件製作步驟 36
3.3.1 OLED 36
3.3.2 PLED 38
第四章 結果與討論 40
4.1材料特性分析 40
4.1.1光學分析 40
4.1.2材料能階 41
4.1.3量子效率 43
4.2基本元件分析 44
4.2.1 OLED元件 44
4.2.2 PLED元件 47
4.3 EL放光光譜特性分析 50
4.3.1 OLED元件不同客體摻雜濃度對於EL放光光譜之特性分析 50
4.3.2 PLED元件不同客體摻雜濃度對於EL放光光譜之特性分析 52
4.3.3 OLED與PLED對於EL放光光譜之特性分析 54
4.4元件特性分析 55
4.4.1 OLED不同客體摻雜濃度對於元件之特性分析 55
4.4.2 PLED不同客體摻雜濃度對於元件之特性分析 57
4.4.3 OLED與PLED對於不同客體摻雜比例之特性分析 60
第五章 結論 61
參考文獻 62

[1]. M. Pope, and P. J. Mangante, Chem. Phys., 38, 2042 (1963)
[2]. C. W. Tang, and S. A. Vanslyke, Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).
[3]. J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, and A. B. Holmes, Nature, 347, 539 (1990).
[4]. N. C. Greenham, S. C. Moratti, D. D. C. Bradley, R. H. Friend, and A. B. Holmes, Nature, 365, 628 (1993).
[5]. Y. Yang, E. Westerweele, C. Zhang, P. Smith, and A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett., 77, 694 (1995).
[6]. A. Kraft, A. Grimsdale, and A. B. Holmes, Angew. Chem. Int. Ed., 37, 402 (1998).
[7]. G. Gustafson, Y. Cao, Traecy, G. M. F. Klavetter, N. Colaneri, and A. J. Heeger, Nature, 357, 477 (1992).
[8]. J. H. Lee, C. L. Huang, C. H. Hsiao, M. K. Leung, C. C. Yang, and C. C. Chao, Appl. Phys. Lett., 94, 223301 (2009).
[9]. C. W. Tang, and S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987).
[10]. T. Forster, Ann. Phys., 6, 55 (1948).
[11]. L. Dexter, and J. Chem, Phys., 21, 836 (1953).
[12]. K. Sugiyama, D. Yoshimura, T. Miyamae, T. Miyazaki, H.Ishii, Y. Ouchi, and K. Seki, Appl. Phys., 83, 4928 (1998).
[13]. X. W. Chen, W. C. H. Choy, C. J. Liang, P. K. A. Wai, and S. He, Appl. Phys. Lett., 91, 221112 (2007).
[14]. Y. Yang, S. Chang, J. Bharathan, J. Liu, and J. Mater. J. Mater. Sci. Mater. Electron., 11, 89 (2000).
[15]. M. A. Baldo, D. F. O'Brien, Y. You, A. Shoustikov, S. Sibley, M. E. Thompson & S. R. For rest, Nature, 395,151 (1998)
[16]. M. H. Ho, Y. S. Wu, S. W. Wen, M. T Lee, and T. M. Chen, Appl. Phys. Lett., 89, 252903 (2006).
[17]. J. Shi, and C. W. Tang, Appl. Phys. Lett., 80, 17 ( 2002).
[18]. Tadaaki Horii, Toshinobu Shinnai, Kazuhiko Tsuchiya, Takeshi Mori, Masashi Kijima, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.,50,4557 (2012)
[19]. 萬冠廷，新穎聚芳香醚高分子於藍光友激發二極體之開發與應用，國立中山大學光電工程學系碩士論文（2013）
[20]. 何基任，應用於質子交換膜之磺酸化聚芳香醚高分子，國立中山大學光電工程學系碩士論文（2011）
[21]. 阮凡軒，新穎雙酚單體合成聚芳香醚高分子在軟性基板上之製備與特性研究，國立中山大學光電工程學系碩士論文（2011）
[22]. 劉威廷，新穎發藍光材料與利用質子化製備可調變式光源應用於有機高分子發光二極體，國立中山大學光電工程學系碩士論文（2013）
[23]. 蕭惠真，利用具雙載子傳輸特性的主體材料製作磷光發光元件之研究，國立中山大學光電工程學系碩士論文（2013）