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研究生:謝栢源
研究生(外文):Bar-Yuan Hsieh
論文名稱:合成主鏈含孤立發光及噁二唑電子傳遞基團之高分子與光電性質探討
論文名稱(外文):Synthesis, Photophysics and Electoluminescence of Copoly(aryl ether)s Consisting of Alternate 1,4-Distyrylbenzene Derivatives and 1,3,4-Oxadiazole or 3,3’’-Terphenyldicarbonitrile.
指導教授:陳 雲
指導教授(外文):Yun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:化學工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:共聚高分子發光二極體
外文關鍵詞:luminescencelight-emitting diodedistyrylbenzene
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  高分子發光二極體(Polymer Light Emitting Diode, PLED)具備自發光、無視角限制、高應答速度、解析度佳、重量輕、厚度薄、可撓曲、可製作大面積等多項優點,應用於平面顯示器上極具潛力。PLED是利用從陽極、陰極注入的電洞及電子於發光層中再結合而發光,因此電荷傳遞速率之平衡對發光效率有非常大之影響。大部分PLED高分子電洞注入速率大於電子,所以可利用多層結構導入電子傳遞層(Electron Transport Layer, ETL)、摻混電子傳遞分子,或是利用化學合成改變分子結構,來提升電子注入的能力。
  本研究合成主鏈含孤立發光基團的高分子,在結構上以二苯乙烯苯衍生物為發光基團,為增加電子注入的速率,導入具電子傳遞功能的噁二唑基團及含拉電子取代基的三聯苯基團,利用親核性取代反應合成聚芳香醚高分子。在物理性質方面,高分子P1~P3具有良好的熱穩定性和溶解度。在光學性質方面,P1~P3的螢光光譜皆有能量轉移的現象,使高分子的發光及相對量子產率皆由發光基團所控制,此外亦利用模式化合物作能量轉移的討論;在薄膜態時,因高分子間有著不同的作用力,造成各個高分子有著不同的最大發光波長。在電化學性質方面,利用氧化和還原起始電位分別求出高分子HOMO和LUMO能階,因電子傳遞基團的導入,使高分子LUMO能階都有明顯下降,表示改善了電子注入的能力。元件方面,P1~P3雙層元件的起始電場分別為4×105 V/cm、12×105 V/cm、10×105 V/cm,最大亮度則為225、87.4、35.8 cd/m2,與單層元件和未含電子傳遞基團之高分子P5元件相較下,皆有著優異的表現。
  Polymer light emitting diode (PLED) have attracted much interest in recent years because of their potential application in large-area flat panel displays. However, most LED polymers are p-doped devices, so the mobility of holes is usually much greater than that of electrons. An optimized PLED should have efficient and balanced charge injection between anode and cathode. In order to achieve balanced charge injection, introducing electron transporting units in polymer structure can also be employed to balance charge injection.
  In this work, three isolated copolymers including emitting segments (distyrylbenzene derivatives) and electron-transporting segments (oxadiazole derivatives and terphenyl) were synthesized and characterized. These poly(aryl ether)s can be dissolved in organic solvents, and exhibited good thermal stability with 5% weight loss temperature above 400℃ in nitrogen atmosphere. The emission and the PL quantum yield of the polymers were dominated by the fluorophores with longer emissive wavelength via energy transfer from electron-transporting segments. Therefore, the oxadiazole and terphenyl moiety only as the electron-transporting/hole-blocking units in these polymers, and the other segments are the emissive centers and the hole-transporting units. The HOMO and LUMO of these polymers have been estimated from their cyclic voltammograms. The electron affinity can be enhanced by introducing isolated electron-transporting segments that lead to charge injection balance. In double layer LED devices [Al/PEDOT/polymers (P1~P3)/ITO glass],incorporation of oxadiazole unit increases the luminance and reduces the turn-on electric field better than terphenyl unit and the device performance were better than P5 which doesn`t contain electron-transporting unit or containing emitting unit only.
目 錄
中文摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………………………………………Ⅱ
誌 謝……………………………………………………………………………………………Ⅲ
目 錄……………………………………………………………………………………………Ⅳ
流程目錄……………………………………………………………………………………………Ⅷ
表 目 錄……………………………………………………………………………………………Ⅸ
圖 目 錄……………………………………………………………………………………………Ⅹ

第一章 緒論
1-1 前言……………………………………………………………………………………………1
1-2 理論基礎………………………………………………………………………………………2
1-2-1 共軛導電高分子……………………………………………………………………………2
1-2-2 螢光原理……………………………………………………………………………………3
1-2-3 影響LED發光效率的因素……………………………………………………………………5
1-3 PLED元件發光原理與結構……………………………………………………………………6
1-3-1 單層元件……………………………………………………………………………………6
1-3-2 雙層元件及多層元件………………………………………………………………………7
1-3-3 發光原理……………………………………………………………………………………10
1-4 OLED與PLED的比較……………………………………………………………………………10
1-5 有機發光二極體未來展望……………………………………………………………………12
第二章 文獻回顧
2-1 前言……………………………………………………………………………………………………13
2-2 高分子結構的設計……………………………………………………………………………15
2-2-1 波長的調整...………………………………………………………………………………15
2-2-2 高分子性質的改善.…………………………………………………………………………17
2-3 含孤立發光團高分子…………………………………………………………………………20
2-3-1 含電子電洞傳送結構之共聚高分子………………………………………………………23
2-4 能量轉移………………………………………………………………………………………25
2-5 研究動機………………………………………………………………………………………26

第三章 實驗部份
3-1 實驗裝置與設備………………………………………………………………………………27
3-2 鑑定儀器………………………………………………………………………………………27
3-3 物性及光電特性測量儀器……………………………………………………………………28
3-4 藥品及材料……………………………………………………………………………………32
3-5 合成步驟與結果………………………………………………………………………………34
3-5-1 雙磷酸酯單體(5)的合成……………………………………………………………………35
3-5-2 雙醛單體(10)的合成………………………………………………………………………36
3-5-3 雙醛單體(16)的合成………………………………………………………………………37
3-5-4 模式化合物M1、M2、M3的合成……………………………………………………………39
3-5-5 高分子P1~P3的合成…………………………………………………………………………40
3-6 聚合反應原理…………………………………………………………………………………42
3-6-1 有機金屬觸媒………………………………………………………………………………42
3-6-2 有機硼試劑…………………………………………………………………………………43
3-6-3 聚芳香醚的合成……………………………………………………………………………43
3-6-4 乙烯基之合成………………………………………………………………………………44
3-7 相對量子產率…………………………………………………………………………………45
3-8 循環伏安法……………………………………………………………………………………46
3-9 元件製作………………………………………………………………………………………48
3-9-1 ITO玻璃之清洗………………………………………………………………………………49
3-9-2 ITO玻璃之蝕刻………………………………………………………………………………49
3-9-3 高分子發光膜的製作………………………………………………………………………51
3-9-4 陰極蒸鍍……………………………………………………………………………………51
3-9-5 元件量測……………………………………………………………………………………53

第四章 結果與討論
4-1 單體結構之鑑定………………………………………………………………………………54
4-2 高分子結構鑑定………………………………………………………………………………56
4-3 高分子分子量的測定…………………………………………………………………………57
4-4 溶解度測試……………………………………………………………………………………57
4-5 高分子熱性質分析……………………………………………………………………………58
4-5-1 熱重分析……………………………………………………………………………………58
4-5-2 微差式掃描熱卡計…………………………………………………………………………59
4-6 光學性質………………………………………………………………………………………60
4-6-1 UV/Vis 吸收光譜……………………………………………………………………………60
4-6-2 螢光光譜分析………………………………………………………………………………60
4-6-3 相對量子產率………………………………………………………………………………63
4-6-4 高分子內的能量轉移………………………………………………………………………63
4-7 電化學性質探討………………………………………………………………………………65
4-8 高分子發光二極體(PLED)的元件特性………………………………………………………68
4-8-1 電流密度(I)-電場(F)-輝度(L)特性………………………………………………………68
4-8-2 電激發光光譜………………………………………………………………………………69

第五章 結論…………………………………………………………………………………………70

參考文獻……………………………………………………………………………………………108

自述…………………………………………………………………………………………………112
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