超分枝聚芴及聚□吩高分子之合成及其在高分子電激發光元件上之應用

Abstract

本研究主要利用超枝化聚合法(Hyperbranch Polymerization)合成得到超分枝聚芴及聚□吩高分子，並以不同聚合條件得到一系列不同分子量的聚芴高分子(hb-PF-3 ~ hb-PF-8)，探討分子量對其熱穩定性及發光特性的影響。採用氯化鉭(TaCl5) 催化的超枝化聚合反應，配合適當的單體、催化劑濃度及聚合時間，可成功地合成得到超高分子量(Mw = 12,000 ~ 346,000)的超分枝聚芴高分子。所有的高分子則透過傅立葉紅外光光譜儀、凝膠滲透層析儀、熱重分析儀、微差掃描卡計、螢光光譜儀及電激發光實驗作為其定性上的分析。我們利用1H-NMR光譜及理論計算的方式，可以導出分枝代數(G)和分子量之間的關係，並經由計算得到各超分枝聚芴高分子的分枝度(DB)大約分佈在32 ~ 68 % 之間，可得知超分枝聚芴高分子末端分枝的程度。

本系列聚芴高分子於薄膜態的螢光放射波形分佈很廣，最大放射峰值約分佈在415~540 nm之間，光色幾乎涵蓋整個可見光區，薄膜態的螢光量子效率則在16 ~ 58 %。

元件部分採用了兩種元件架構，分別為ITO/PEDOT/Polymer/Ca/Al (單層元件) 和 ITO/PEDOT/Polymer/TPBI/Ca/Al (雙層元件)。在電激 發光的光色表現上，hb-PF-3 ~ hb-PF-8的光色為藍光偏白或是黃綠光偏白，與其螢光光譜相當的類似，所有元件所呈現的光色和螢光放射光譜一樣幾乎為白光，最大放射波長的分佈相當地寬廣。在單層元件的表現上，hb-PF-7在18 V達最大亮度107.3 cd/m2，最大效率為0.03 cd/A。而雙層元件方面，因為導入TPBI作為電子傳輸層，進一步提高了元件的效率，以hb-PF-5和hb-PF-4為例，最大效率分別從0增至0.13 cd/A及0.02 cd/A，相較於單層元件來說，導入TPBI的確具有提升元件效率的效果。

本研究另外也利用兩種超枝化聚合法及速配接合反應得到超分枝聚□吩hb-PT-1、hb-PT-2，並利用Yamamoto耦合法所得之聚芴高分子poly(9,9-dioctylfluorene) (POF) 作為主體發光材料，而以hb-PT-1及hb-PT-2做為客體發光材料，藉由混□的方式分別製作成元件，並經由能量轉移的機制，成功地將原本POF的藍光轉移為黃光。 POF的電激發光為藍光，最大放射波長為440 nm，而混□後的hb-PT-1及hb-PT-2則發出黃光，最大放射波長為548 nm及540 nm。

在元件的表現上，POF在9 V達最大亮度590 cd/m2，最大效率為1.11 cd/A；hb-PT-2在21 V達最大亮度192 cd/m2，最大效率則為0.38 cd/A。