Light Emitting Characteristics of PPV－based Polymeric Materials

Abstract

Poly（p-phenylene vinylene）（PPV）經由其前驅體方法成功的製備。PPV膜本身極 緻密、透明且具深黃色。從紫外－可見光譜中得知，PPV的起始（onset）吸收大約 530nm，能隙（energy gap）相當於2.34eV。原始的PPV在光激發光及電激發光光譜中 發黃綠光，其發光最大波長在550nm及一肩部約525nm。將PPV前驅體溶液在一冷藏庫 中超過60天的老化（aging），使得PPV在發生光特性有顯著的變化。老化PPV在光激 發光及電激發光光譜中發綠光，其最大發光波長在518nm及一肩部約在550nm。經老化 的PPV比原始的PPV在光激發光和電激發光光譜中有明顯的藍位移（blue shift）現象 ，也就是經老化的PPV有較短的π－共軛鍵長度。從紅外線光譜中顯示，老化的PPV含 有C－C1鍵結，其打斷PPV的C＝C共軛鍵結。將A1/PPV/ITO元件經160℃三小時在高真 空爐中退火（annealing）處理，有效的增進其發光特性。 一系列的PPV－PVA高分子發光材料成功地從PPV前驅體和PVA的混合水溶液製備。這些 PPV－PVA發光二極體從發黃綠光（550nm）一直轉變到藍光（485nm）。從紅外線光譜 中顯示，PPV前驅體的部份主鏈能夠和PVA反應形成C－O－C鏈結，此鍵結並打斷PPV的 共軛鍵。其結果使共軛鍵的長度變短，可從紫外－可見光譜中證實隨著共軛長度的減 短，相對光激發光強度隨之增加。相對電激發光強度卻隨著PVA在高分子中含量的增 加而減弱。然而，當我們觀察每莫耳的PPV在PPV－PVA發光二極體，其有一相當低的 起始電壓（threshold voltge）約4到6伏特。A1╱PPV╱ITO和A1╱PPV－PVA4╱ITO兩 元件能正、負能夠向電壓下操作。A1/PPV╱ITO兩元件在正向電壓下的起始電壓比其 在負向電壓下還低。且其在正向電壓的電激發光強度比負向電壓還強。此乃由於其在 正向電壓下有較低的能障（barrier height）。從Fowler－Nordheim穿遂理論分析 ，在A1╱PPV－PVA4╱ITO元件中，介於ITO和高分子介面的能障大小分別為0.20eV及 0.27eV。 由PPV前驅體和矽烷氧（sillicon alkoxide）混合甲醇溶液利用溶膠－凝膠（sol－ gel）法成功的製備一系列的PPV╱gel－glass複合材料。PPV╱gel－glass本身是一 種交互滲透網結構（IPN），用來當作發光二極體的發光材料。 添加少量的titanium ethoxide催化凝膠玻璃生成的速率，並使得PPV╱gel－glass成 功地形成而沒有相分離，且使得PPV╱gel－glass複合材料能夠調整發光波長。這些 PPV╱gel－glass複合材料的發光特性隨著矽烷氧原材料的組成及PPV和gel－glass比 例而定。從紫外－可見光譜中觀察得知，這些PPV╱gel－glass的共軛鍵長度比PPV還 短。在光激發光光譜中，這些PPV╱gel－glass複合材料從發黃綠光（550nm）一直到 藍光（484nm）。莫耳數比為1╱1.17及1╱2.33的PPV╱gel－glass4發光二極體，其 發光最大波長分別為515nm及510nm。PPV╱gel－glass4比PPV發光二極體具有較高的 電激發光效率及較長的壽命。PPV╱gel－glass具有較佳的發生光特性乃是由於PPV╱ gel－glass的交互滲透網結構減少在操作時PPV鏈的熱運動且阻礙離子的運動。 利用凝膠－溶膠方法由PPV前驅體和3－aminopropyltriethoxysilane（3－APS）混合 水溶液成功地製備PPV╱3APS複合材料。3－APS具有極快的水解及縮合速率。PPV╱ 3APS本身也是一種交互滲透網結構體。PPV╱3APS的發生特性受到PPV及3APS莫耳比影 響很大。從紫外－可見光譜中得知，PPV在PPV╱3APS複合材料中的共軛鍵長度比純 PPV還短。PPV╱3APS1和PPV╱3APS2分別發藍綠光（500nm）及藍光（468nm）。相對 光激發光強度隨著3APS含量的增加而增強。PPV╱3APS2比PPV有一較佳的發光穩定度 。電激發光強度則隨著3－APS含量的增加而減弱。此乃由於PPV╱3APS有較高的能隙 且含有較多部份非共軛的3APS組成阻礙了電荷載體的傳導。然而，如以每莫耳的PPV 在PPV╱3APS中（normailized）的電激發光強度為基準，則PPV╱3APS比PPV有較高的 電激發光強度。