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研究生: 劉挺中
Liu, Ting-Zhong
論文名稱: 主鏈含噻吩及馬來醯亞胺衍生物高分子的合成與光電性質
Synthesis, optical and electrochemical properties of copolymers with diarylmaleimide and thiophene
指導教授: 陳雲
Chen, Yun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 101
中文關鍵詞: 馬來醯亞胺高分子發光二極體噻吩
外文關鍵詞: Thiophene, Polymer Light Emitting Diode, Yamamoto Reaction, Maleimide
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  •   高分子發光二極體(Polymer Light Emitting Diode, PLED)始於1990年,當年證實了共軛高分子可做為發光二極體材料,從此開啟了PLED在平面顯示器上的應用。相較於小分子有機發光二極體(Organic Light- Emitting Diode, OLED),PLED擁有較低的製程成本及可做為大尺寸面積等等的優點。然而,在PLED元件的發光效率方面,是現階段有待解決克服的一項困難,本研究利用分子設計的概念改變分子結構,試圖降低電極與高分子間的能障及平衡電子電洞注入的速率。

      研究中,合成主鏈含電洞傳遞基團(Thiophene)及電子傳遞基團(Maleimide)的共聚發光高分子,探討thiophene含量的不同,對高分子的物性、光電性質及元件性質有何差異。熱性質方面,高分子P1~P3並沒有發現熔點(Tm)及玻璃轉移溫度(Tg)的出現,而熱裂解溫度(Td)分別為476℃、475℃及472℃,顯示P1~P3皆具有高熱穩定性。光學性質方面,P1~P3薄膜態的最大UV/Vis吸收及螢光光譜(PL)波長分別在414~420nm及558~564nm。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,因電洞傳遞基團的導入,使高分子HOMO能階有明顯上升,表示改善了電洞注入的能力。元件方面,P1~P3雙層元件的起始電場分別為11.0×105、4.2×105、2.9×105V/cm,最大亮度為25.3、6.2、1.6cd/m2,最大電流效率(Current Efficiency)為2.1×10^-2、3.3×10^-4、1.2×10^-4cd/A。

     The first demonstration of efficient polymer light-emitting diodes (PLED) in 1990 stimulated great interest in display applications for conjugated polymers. Compared with organic light-emitting diode (OLED), PLED offer a wide variety of advantages, such as low cost and easy fabri- cation by spincoating. However, emission efficiency of the electroluminescent device needs further improvement. In order to achieve high EL efficiency, it is necessary to balance the injection rates of opposite charges and decrease the barriers of charge injection from the opposite contacts.

     In this study, we prepared a series of random thiophene/maleimide copolymers and systematically investigated the influences of the thiophene content on photophysical, electrochemical, and electroluminescent properties of the resulting polymers. These copolymers exhibited good thermal stability with 5% weight loss temperature above 470℃ in nitrogen atmosphere. Optical properties of the polymers were investigated by absorption and photoluminescence spectra and electrochemical properties were studied by cyclic voltammetry. The study confirmed that the HOMO energy levels of the copolymers can be raised by increasing the thiophene content. Double layer devices ITO/PEDOT/Polymers/Al were successfully fabricated and their optoelectronic properties investigates. Incorporation of thiophene unit reduced the turn-on electric field, but decreased the luminance efficiency and the maximum brightness.

    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……………………………………………4 1-2-1 共軛導電高分子…………………………………4 1-2-2 螢光原理…………………………………………5 1-2-3 螢光的能量轉移…………………………………6 1-2-4 影響螢光強度的因素……………………………8 1-3 元件的發光原理及結構……………………………9 1-3-1 發光原理…………………………………………9 1-3-2 單層元件…………………………………………10 1-3-3 雙層元件及多層元件……………………………11 1-3-4 影響元件發光效率的因素………………………14 1-4 有機電激發光二極體未來研究方向………………15 第二章 文獻回顧 2-1 高分子發光二極體的系統…………………………16 2-2 高分子發光二極體的分子設計……………………17 2-3 聚噻吩(Polythiophene)的發光調色因素……… 20 2-4 馬來醯亞胺(Maleimide)的簡介………………… 23 2-5 研究動機……………………………………………25 第三章 實驗內容 3-1 實驗裝置與設備……………………………………26 3-2 鑑定儀器……………………………………………26 3-3 物性及光電特性測量儀器…………………………27 3-4 藥品及材料…………………………………………31 3-5 合成步驟與結果……………………………………33 3-5-1 單體合成(Scheme 1)……………………………33 3-5-2 高分子P1~P3之合成(Scheme 2)……………… 35 3-6 聚合反應原理………………………………………37 3-6-1 PLED的聚合方法…………………………………37 3-6-2 Yamamoto Reaction…………………………… 39 3-6-3 有機金屬觸………………………………………40 3-7 相對量子效率………………………………………41 3-8 循環伏安實驗………………………………………41 3-9 元件製作……………………………………………44 3-9-1 ITO玻璃之清洗………………………………… 45 3-9-2 ITO玻璃之蝕刻………………………………… 45 3-9-3 氧電漿處理ITO表面…………………………… 47 3-9-4 高分子發光膜的製作……………………………47 3-9-5 陰極蒸鍍…………………………………………48 3-9-6 元件量測…………………………………………48 第四章 結果與討論 4-1 單體結構之鑑定……………………………………50 4-2 高分子結構鑑定……………………………………51 4-3 高分子3-D分子最佳化結構分析………………… 53 4-4 高分子的分子量測定………………………………53 4-5 高分子溶解度測試…………………………………53 4-6 高分子熱性質分析…………………………………54 4-6-1 熱重分析…………………………………………55 4-6-2 微差式掃描熱卡計………………………………55 4-7 高分子光學性質探討………………………………56 4-7-1 UV/Vis 吸收光譜……………………………… 56 4-7-2 螢光光譜分析……………………………………58 4-7-2-1 發光波長………………………………………58 4-7-2-2 濃度效應………………………………………58 4-7-2-3 溶劑化顯色效應(Solvatochromism)……… 59 4-7-3 相對量子效率……………………………………61 4-8 電化學性質探討……………………………………61 4-9 高分子發光二極體(PLED)的元件特性……………64 4-9-1 電流密度(I)-電場(F)-輝度(L)特性………… 65 4-9-2 電激發光光譜……………………………………66 第五章 結論…………………………………………… 67 參考文獻………………………………………………… 97 自述………………………………………………………101

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    下載圖示 校內:2006-06-21公開
    校外:2006-06-21公開
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