0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Table 3-3. Redox properties of polymers
band gapa Eox HOMO LUMOb
polymer (eV) (V) (eV) (eV)
PA-CHC5 2.67 0.90 5.30 2.63
PA-1F 2.67 1.10 5.50 2.83
PA-2F 2.63 1.20 5.60 2.97
PA-3F 2.58 1.30 5.70 3.12
PA-5F 2.29 1.33 5.73 3.44
PA-2Fcab 2.63 1.14 5.54 2.91
a The optical band gap takes as the absorption onset of UV-vis spectrum of the polymer film. b HOMO/LUMO values as determined by the onset of CV measurements and optical band gap.
3.1.4 聚合物之電激發光性質及元件特性
為了去發展聚乙炔在PLED 的應用，我們製作以聚乙炔為發光層的雙層元件，
其結構如：ITO/PEDOT/PAs/CaAl，其元件的 EL 圖見 Fig. 3-6。 PDPA-CHC5 ~ PDPA-3F 都是發綠光的材料，最大放光波長分別從 528 至 548 nm 之間。PDPA-5F 材料為發橘紅光材料，最大放光波長在620 nm。
Table 3-4 為 PDPD-CHC5 ~ PDPA-5F 元件表現整理，PDPA-CHC5 的驅動電壓 分別為6 V，最大亮度為 195 cd/m2，但是元件效率最高只有0.06 cd/A。而 PDPA-1F 的最大亮度略微提升為235 cd/m2，最大亮度為和元件效率分別為235 cd/m2和0.45 cd/A，可以發現當導入含氟苯基時，確實能改善元件表現。進而 PDPA-2F 的最大 亮度為和元件效率確實提升不少，分別為828 cd/m2和 0.78 cd/A。但是 PDPA-3F 和PDPA-5F 的元件最大亮度和效率卻明顯地下降，如: PDPA-5F 的最大亮度為和 元件效率僅至17 cd/m2和 0.01 cd/A。
比較我們所得到的元件結果，PDPA-1F 和 PDPA-2F 確實可以有效提升 PDPA-CHC5 的元件表現，主要原因為引入氟原子可以降低材料的 LUMO 和 HOMO
值。降低LUMO 值的益處在於可以減小和陰極之間的能障，有助於電子從陰極注
入高分子層中，進而可以改善元件效率，如一般鈣電極的功函數為2.80 eV，但是 PDPA-CHC5 的 LUMO 值為 2.63 eV，之間差了 0.17 eV，若是 PDPA-1F 和 PDPA-2F 的LUMO 分別為 2.83 和 2.97，相反地其值接近或低於鈣電極的功函數，因此有助 於高分子和電極間的能障效應下降，有助於元件效率的提升。
Fig. 3-6. EL spectra of PDPA-CHC5 (▓), PDPA-1F (○), PDPA-2F (△), PDPA-3F (▽) and PDPA-5F (♁).
Table 3-4. The PAs EL Device Performances
EL CIE Turn-on Max. current Max.
emission coordinate voltage efficiency brightness polymer λmax (nm)a (x,y)a (V)b (cd/A) cd/m2
PDPA-CHC5 528 (0.36, 0.54) 6.0 0.06 195
PDPA-1F 528 (0.37, 0.54) 6.0 0.45 235
PDPA-2F 540 (0.39,0.54) 6.0 0.78 828
PDPA-3F 548 (0.39, 0.52) 7.0 0.02 153
PDPA-5F 620 (0.54, 0.45) 7.0 0.01 17
a Recorded at 20 mA/cm2.
b Recorded at 1 cd/m2.
另一方面，若降低材料的HOMO 值，會使得材料具有電洞阻擋的功能，在元
件設計中，適當地阻擋電洞往往可以提高效率，但是在我們PDPA-3F 和 PDPA-5F 的元件中，二者主要是當發光層，因HOMO 太低，分別為 5.70 和 5.73 eV，卻使 得其和PEDOT:PSS ( ~ 5.00 eV ) 之間能障變大，而會提高元件的驅動電壓，二者 7 V。儘管如此，在結果中 PDPA-2F 元件表現較好的主要
400 500 600 700 800
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
No rm a lize d In te n s ity ( a .u .)
Wavelength (nm)
原因，我們認為應該是導入二氟苯基提升材料的LUMO 能階以及電洞阻擋層的功 能之外，也會增進材料的電子傳輸速率。
為了證明氟苯基可以增進材料的電子傳輸速率，我們製作“electron-only＂的 元件，元件結構為ITO/Ca/PAs/Ca/Al。其元件設計是將高分子層上下放置功函數較 低的陰極電極，使元件再操作時，因為能障的關係，使得只有電子可以被允許通 過。因此，若在相同電場下，通過材料的電子流通量較大者，則可以說電子傳輸 效率快，相反地電子流通量小較小者，電子在材料內的傳輸速率相對地也比較慢。
Fig. 3-7 為 PDPA-1F ~ PDPA-5F 的 electron-only 元件電流密度對電場圖，由圖中 可以發現，電場加大時，通過元件的電流密度會增加。另外，在相同的電場下，
PDPA-CHC5 的電流密度最小，PDPA-1F 至 PDPA-5F 電流密度漸增，從圖中也可 以發現 PDPA-5F 的電流密度比 PDPA-CHC5 大很多，約 102-103 之多。因此由 electron-only 實驗，我們可以得知引入越多的氟原子在聚乙炔高分子的側鏈上，越 可以增加材料的電子傳輸速率。
Fig. 3-7. Current density of versus electrical field for PDPA-CHC5 (▓), PDPA-1F (○), PDPA-2F (△), PDPA-3F (▽) and PDPA-5F (♁) in electron-only devices.
8 10 12 14 16 18 20 22
0.01 0.1 1 10 100 1000