液晶分子自組裝（liquid-crystalline self-organization）

液晶在自然狀態下成為許多很小的 domain，若使液晶分子成為 mono domain 則分子的排列會朝向同一個方向，如此分子極化方向 也朝同一個方向。最簡便的方法就是用一層配向層去排列液晶分 子。使發光層的分子具有方向性，而得到偏極化的電激發光。最常 用的配向層為聚亞醯胺（polyimide，PI），其熱穩定性、化學性穩 定性，生產性俱佳。將聚亞醯胺層經定向摩擦或用最近發展出的照 偏極化紫外光技術，使其產生排列的效果，再將液晶高分子塗佈於 其上，迴火(annealing)使液晶排列，這樣的排列可以發出偏極化光，

其製作流程如 Fig. 1-24 所示。

電激發光所採用的共軛高分子主鏈為剛硬的，通常為了增加溶 解度及製程方便，在主鏈上導入柔軟的側鏈。使得分子具有〝hairy rod〞形狀⁽⁵⁵⁾，有的長側鏈的共軛高分子因此成為液晶高分子。Yu 和 Bao 所合成的三系列具有不同長度氧烷基側取代的共聚合物，在 Tm（melting temperature）以上出現向列型液晶相⁽⁵⁶⁾，其結構如 Fig.

1-25 所示。

Fig. 1-24 Polymers aligned by liquid-crystalline self-organization

S

Fig. 1-25 Structures of conjugated liquid crystalline polymers

在層列型液晶方面^(57-61)，1995 年 Wendorff 等人⁽⁵⁷⁾合成出包含苯 環雙鍵的共軛段和由脂基所連接的柔軟碳鏈的聚合物，其結構如 Fig. 1-26 所示，具有層列型液晶相（smectic A），在高溫的熔融態 下也不會發生雙鍵的交聯。將高分子溶液旋轉塗佈到已定向摩擦的 10 分鐘的 PI 膜上，並加熱到 Tg以上，得到很好的排列效果，螢光 的 dichroic ratio 為 7。後續報導其 EL dichroism ratio 為 6.3。一般而 言，層列型液晶相比向列型液晶相具有較好的電荷傳輸性質，及較高 的秩序參數（order parameter）。然而，由於層列型液晶具有較強的分 子間耦合（interchain coupling），容易導致發光的淬息效應。

(CH

)

Fig. 1-26 Structures of the main polymer with arylenevinylene segments

向列型液晶發光材料方面^(62-93)，Wolfgang Knoll⁽⁶²⁾等人用藍光 材料poly(9,9-di(ethylhexyl)fluorene)，塗佈在具有電洞傳輸性質的PI 配向層上。元件構造為(17% ST638/83% PI)/(PF2/6)/(Ca:Al) (Fig.

1-27)。得到紫外光dichroic ratio約為11，EL的dichroic ratio則接近 15。元件的作法是將PI前驅物（Merck kit ZLI 2650）與星形結構的 4,4’,4’’-tris(1-naphthyl)-N-phenylamino)triphenylamine，ST638共溶，

再加熱轉化為PI。由於ST638具有電洞傳輸的能力，如此可彌補PI沒 有電洞傳輸能力的缺點。元件亮度在驅動電壓19伏特時為45 cd/m²。 之後K. S. White⁽⁶⁵⁾等人再改良元件結構，將配向層材料改成PPV，其 EL的dichroic ratio提升至25，亮度提升至250 cd/m²。

Mary O’Neill^(84-87)等人用小分子液晶材料，製作出偏極化電激發 光元件，結構如Fig. 1-28所示，其中配向層材料為具有可光聚的側 鍊高分子，經由照射偏極化紫外光聚合後，即可形成 photoalign-

向層不具導電性，因此摻混triphenylamine衍生物來增加導電性，進 而製作出偏極化電激發光元件，另外發光材料的末端具有可光聚基 團，當配向好小分子液晶材料後，藉由照光聚交聯後，可形成熱穩 定性佳的配向高分子薄膜。關於偏極化電激發光元件性質，其EL 的polarized ratio為11，最大偏極化亮度為90 cd/m²。之後成功合成出 發綠光、紅光的小分子液晶材料並製作成偏極化電激發光元件⁽⁸⁷⁾， 結構如Fig. 1-29所示，以發綠光之偏極化電激發光元件性質最佳，

EL的polarized ratio為13，最大極化亮度為200 cd/m²。

Tomiki Ikeda^(88-89)等人用側鏈高分子的液晶材料，做成偏極化電 激發光元件，材料結構如Fig. 1-30所示，其發光團含有幫助電子傳 輸的oxadiazo基團與幫助電洞傳輸的amine基團。元件構造為ITO / PLC / Mg:Ag，得到polarized EL的dichroic ratio為1.6。最大極化亮度 為13 cd/m²，元件性質與極化值皆不佳。

S. H. Chen 和 C. W. Tang^(90-93)等人合成出一系列寡聚物的液晶 材料(oligo-fluorenes)，並應用在偏極化電激發光元件上，材料結構 如Fig. 1-31所示，其發光材料的結構含有6-8個 fluorene單體，並導 入雜原子環來改變光色。元件構造為 ITO / PEDOT / Oligomers / TPBI / LiF / Mg:Ag，其中TPBI當作電洞阻擋層，LiF當作電子注入 層。得到polarized EL的dichroic ratio為10-18;最大極化亮度將近 6000cd/m²，這是目前最亮的綠色偏極化發光元件。之後利用摻混的 方法來提升元件性質，在效率、極化值上皆有提升，其中最大極化值 提升至26。

n

N N

O

O

O

O

O n

N N

N N

Poly(phenoxyphenylimide) (PI)

4,4',4''-tris(1-naphthyl)-N-Nphenyl-amino)triphenylamine (ST638) poly(9,9-di(ethylhexyl)fluorene (PF2/6)

Fig. 1-27 Structures of PF2/6、PI and ST638

Fig. 1-28 Structures of photoalignment and liquid crystal material

Fig. 1-29 Structures of liquid crystal materials

Fig. 1-30 Structures of side chain liquid crystalline polymer

Fig. 1-31 Structures liquid crystal materials