Novel conjugated-nonconjugated multiblock copolymers (CNMBCs), poly[(9-carbazol-3-yl)vinylene-2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-1,4-phenylenevinylene-(9-butylcarbazol-3-yl)] (PCAR-MEH) and poly[(9-carbazol-3-yl)vinylene-2,5-trimethylsilyl-1,4-phenylenevinylene-(9-butylcarbazol-3-yl)] (PCAR-Si) have been synthesized by Wittig reaction. The purpose of the synthesis of these polymers that contain carbazole units with good hole transporting abilities is for the use as hole-transporting materials in light-emitting diodes (LEDs). Because the turn-on voltage of the device depends on the hole transporting ability of the material that is in direct contact with the anode from which the holes are injected, these new materials lower the turn-on voltage when applied to LED fabrication. The results show that PCAR-MEH is better suited as hole-transporting layer than PCAR-Si. PCAR-MEH starts to emit yellowish green light at an applied voltage of ca. 6 V (ITO/PCAR- MEH/Al). This turn-on voltage is much lower compared to that of the device made of Alq3 layer only, which is ca. 16 V.
As possible future applications of polymer lasers, relaxation of photoexcitations and spectral narrowing of photoluminescence for poly(para-phenylenevinylene) have been investigated. Photoinduced absorption spectra and their temporal profiles on poly(para-phenylenevinylene) thin film exhibit a strong correlation with an appearance of spectrally narrowed emission bands. The dependencies of transient absorption signals on excitation and probe power denote much lower saturation intensity in photoinduced absorption than that in stimulated emission from the identical photoexcitations, singlet excitons. We interpreted the peculiar emission bands in terms of superradiance or superfluorescence with a time constant of around 1 picosecond rather than amplification of spontaneous emission from uncorrelated emitters.
The efforts to increase the quantum efficiency of the LED have been made by many research groups. One of the methods to achieve high quantum efficiency is through blending of appropriate polymers where the energy transfer occurs from the polymer of low energy to that of high energy. Thus, we have investigated the photoexcitation dynamics of poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) and of the blend polymeric system consisting of MEH-PPV and a CNMBC, poly[1,3-propane-dioxy-1,4-phenylene-1,2-ethylene-(2,5-bis(trimethylsilyl) -1,4-phenylene)-1,2-ethylene-1,4-phenylene] (DSiPV), by using the time-resolved fluorescence and femtosecond transient absorption spectroscopic techniques. The results suggest that the process of energy transfer from DSiPV to MEH-PPV in the blended system should be explained in terms of an incoherent energy transfer and extended-state formation and not of solely the Forster theory as conventionally used.
Wittig 반응을 통하여 새로운 공액-비공액 다블록 공중합체를 합성하였다. 합성된 PCAR-MEH와 PCAR-Si에는 주사슬에 정공을 잘 전달할 수 있는 카바졸기를 삽입하였는데, 이는 발광소자 제작시에 사용함으로써 소자의 구동전압을 낮추기 위함이다. 구동전압은 소자의 양극에서 정공이 주입될 때, 그 주입된 정공이 소자내의 발광물질에서 얼마나 잘 이동하는가에 따라 달라지는데, 카바졸기를 주사슬에 도입할 경우, 구동전압이 많이 낮아짐을 확인하였다. 특히 PCAR-MEH의 경우가 PCAR-Si보다 정공전달층으로 더 효율적인데 이는 전류-전압 커브에서 보듯이 같은 두께를 가진 소자의 경우, PCAR-MEH가 PCAR-Si보다 1/2배의 전압에서 전류가 흐르는 것을 볼 수 있기 때문이다. 합성된 PCAR-MEH의 경우 발광 최고 파장은 530nm, 구동전압은 100 nm 두께의 소자 경우, 약 6 V이며, PCAR-Si는 약 505 nm에서 발광을 하고 그 때의 구동전압은 약 11 V이다. 공액고분자의 새로운 적용 분야는 바로 고분자 레이저이다. 이러한 고분자의 레이저의 메커니즘을 알아보고자, PPV의 광여기 완화와 광발광 스펙트럼이 좁아지는 원인에 대해 연구를 하였다. PPV 필름의 광유도흡수 스펙트럼은 광발광 스펙트럼상 좁아지는 밴드와 아주 강한 연관이 있음이 밝혀졌다. 여기빔과 조사빔에 대한 PPV의 순간 흡수 실험을 통하여 광유도흡수가 자극방출보다 더 낮은 포화강도를 갖으며, 광유도흡수나 자극방출 모두 단일항 엑시톤이라는 같은 종류의 광여기에 의한 것이라는 결론을 얻었다. 좁아지는 광발광 밴드는 무연관 발광체들로부터의 자발방출의 증폭이라기보다는 서로 연관있는 발광체들로부터의 초형광으로 시간 계수가 약 1 ps에 해당하는 현상으로 보인다.
발광소자의 효율을 높이기 위해 여러 가지 방법들이 동원되었고, 이 중에 하나가 바로 두 개 이상의 고분자를 섞어서 블랜드를 만드는 것이다. 이렇게 만들어지 블랜드에서는 높은 에너지를 가진 고분자에서 낮은 에너지를 가진 고분자로 에너지가 전이되는 과정을 통해 블랜드의 발광효율이 높아지는 결과를 보인다. 이러한 에너지 전달이 어떤 메커니즘을 통해 일어나는지 알아보기 위해, 시간분해 분광 테크닉과 femtosecond 순간흡수분광법을 이용하여 공액-비공액 다블록 공중합체인 DSiPV와 공액 고분자인 MEH-PPV가 섞여진 블랜드를 연구하였다. 실험결과는 이러한 블랜드들에서 일어나는 에너지 전달은 기존에 많이 적용되었던 Forster 에너지 전달 메커니즘에 의해 일어나는 것이라기보다는 새로운 메커니즘이 적용되어야 함을 보인다. 새롭게 제안되는 메커니즘은 블랜드의 에너지 상태가 각각의 고분자의 에너지 상태를 겹쳐놓은 상태에서 일어나는incoherent 에너지 전달 메카니즘이며, 이는 관찰된 빠른 에너지 전달 속도와도 부합한다.
