1-1 研究背景
相較於其他平面顯示技術，有機電激發光技術因具有自發光、高
亮度、廣視角、低耗電、高應答速度、面板輕薄、元件結構與製程簡 單等優點，所以格外受到各國研究單位與廠商的注目。有機材料的電 激發光現象，雖然早在一九六三年就發現了，但當時必須在非常高的 電壓下才可看到微弱的發光，相較於無機材料技術的蓬勃發展，有機 發光材料的進展似乎遲滯不前。一直到了一九八七年，美國柯達公司 把有機螢光染料以真空熱蒸鍍的方式製成雙層元件，才使有機發 光材料與元件具備了實用性。一九九○年，英國劍橋研究群發表 了第一個利用共軛高分子製成的電激發光元件，使得高分子材料 在光電領域應用上更加多元化。
有機電激發光材料必須具有導電性、能放射特定波長以及高發光 強度等基本條件，就發光層和載子傳遞層等薄膜材料的不同，可把它 概分為兩系統：一是以染料為主的小分子系統，另一則是以共軛導電 高分子為主的高分子系統。
1-2 共軛導電高分子的特性
高分子是由分子經由化學鏈之結合，像珍珠項鍊一樣的串成長
鏈，我們常看到的有機高分子例如塑膠、橡膠均為絕緣體，其原因在 於由碳氫化合物所組成的共價單鍵長鏈分子並不具備可自由移動的 電荷，一般而言，有機分子是共價鍵化合物，因其電子被區域化
(localization)，故其通導性不佳，如烷類。然而有一類有機分子因其
具有π—電子，而在適當組合下，這些π—電子不會被區域化
(delocalization)，而其鍵結是以單、雙鍵方式交互形成，故此類分子
稱為共軛分子(conjugated molecule), 而其特性是因π—電子能夠在其 共軛π—軌域上移動，故具有電通性。利用此類之分子單體(monomer) 便能聚合產生「共軛聚合物」(conjugated polymer)。
共軛導電高分子具本質導電性，其主要特徵在於高分子主鏈是由 交替的單鍵-雙鍵共軛鍵結(conjugated bonding)而成，在分子主鏈上具 有單鍵、雙鍵(或參鍵)交替之共軛結構，使電荷或電子可沿著分子鏈 或跨分子鏈運動，因而具導電性的高分子量物質，及謂之共軛導電高 分子(conjugated conducting polymer)。共軛鍵結如圖 1-2.1所示之
1,3-丁二烯(1,3-butadiene)分子結構，其鍵結除了σ-σ單鍵鍵結之外，還有
p 軌域重疊的π-π鍵結形成雙鍵，當單鍵-雙鍵交替鍵結時，p 軌域上 的電子可沿分子主鏈非定域化(delocalized)，形成混成分子軌域的共 軛鍵結，共軛導電高分子具本質導電性(intrinsic conductivity)，導電
S/cm，或者更高。導電度的高低視共軛結構上非定域化(delocalized) 之π電子的濃度及其移動速度而定。換言之，共軛導電高分子主鏈結 構的本質特性、規則性、分子量分佈，以及側鏈官能基的大小、立體 形狀、推拉電子的能力等都是影響導電度高低的因素。
圖1-2.1 1,3-丁二烯[1]
1-3 共軛導電高分子的優點
由於使用材料的分子大小不同，發光元件的製程與特性也不相同。
小分子材料雖純化容易，但必須以真空蒸鍍法成膜，元件結構含三層 或以上的有機層，製程較複雜，量產設備投資金額也較大。而高分子 材料則是以旋轉塗布或是噴墨列印的方式來成膜，只需兩層有機層就 可得到高效率的元件，且由於高分子中的電荷載子密度較高，使元件 操作與起始所需電壓都較小分子系統低。雖然小分子系統的亮度及效 率較高，但熱穩定性和機械性質較差，且容易有再結晶的現象；而高 分子正好可以彌補這些缺點，所以電激發光高分子材料也有它的競爭 優勢。
由於高分子具有易於製備及加工的特性，能製得大面積的高品 質薄膜，低驅動電壓及高亮度，再加上成本低廉，相較於一般無機發 光二極體，更有寬廣的應用空間。高分子發光二極體(polymer light emitting diode, PLED) 及有機高分子太陽能電池(organic solar cell) 。
1-4 共軛導電高分子的應用
(1) 高分子發光二極體(polymer light emitting diode；PLED)
高分子發光二極體，利用共軛性高分子(conjugated polymer)當發光材
料(emitting materials)，在正、負極之間塗佈發光層薄膜，形成三明治
結構，見圖1-4.1。
圖1-4.1 高分子發光二極體(PLED)的複式三明治結構
圖 1-4.2 為有機高分子太陽能電池的原件構造之示意圖，而太陽能電 磁的有機高分子發光層材料，即是MDMO-PPV/PCBM，因而研究及
了解MDMO-PPV 溶液態的特性是相當重要的。
圖 1-4.2
而有機電激發光元件的發光原理與無機半導體發光二極體相 似。簡單地說，當元件外加一順向偏壓後，電子與電洞分別由陰極與 陽極注入，當電子與電洞分別越過陰極界面能障與陽極界面能障後，
兩者在發光層中相遇，形成電子—電洞對並再結合，由電子電洞再結 合所放出的能量，會把發光分子中的電子激發至單重激發態，當這受 激發電子釋放能量回到基態時，部分能量會以光的形式放出，這過程 稱為電激發光，而發光的顏色主要取決於材料的譜帶間隙(band gap)。
1-5 研究動機
由上面的描述可知，要改變電激發光高分子的發光波長最根本
的方法，就是改變材料本身的譜帶間隙，一般高分子的譜帶間隙取決 於它的有效共軛長度。因而如何利用樣品MDMO-PPV，改變其構形 也就是改變其共軛長度，並去探討它的相關性質，是我們研究的動機。
故本論文要討論的樣品為MDMO-PPV (poly(2-methoxy-5-
(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene) )，高分子溶於不同溶 劑中時，會因為樣品與溶劑溶解程度的大小，而改變本身的構形，成 為鬆散或是捲曲的結構。當高分子是捲曲結構時，共軛長度愈長，譜 帶間隙愈小，發光波長往長波長位移; 當是鬆散結構時，共軛長度愈 短，譜帶間隙愈大，發光波長往短波長位移。這是我們所希望看到的 結果，因而我們先量測當高分子溶於不同溶劑中時的吸收(UV-VIS)、
螢光光譜(fluorescence spectrum)。再將樣品由本實驗室系統進行單分
子螢光量測實驗，由螢光強度(fluorescence intensity )中的burst(當偵測 到螢光分子時，光子數會突然暴增)，猜測高分子於聚焦偵測體積內 的運動情形及相關物理參數，而螢光相關光譜(fluorescence correlation
spectroscopy; FCS) 可證明前面的參數。最後在與不同溶劑中的吸
收、螢光光譜印證所對應的粒徑關連性。