We report here the synthesis via Suzuki polymerization of four novel alternating polymers containing 9,9-dioctylfluorene and electron-withdrawing bithiazole moieties, PHBTzF, PTHBTzTF, PT2HBTzT2F and F8BTz, and their application to electronic devices. The UV-vis. absorption and PL emission spectra of the polymers were measured to investigate their optical properties. Cyclic voltammetry experiment showed the improvement of n-doping stability of the polymers as well as the decrease of their LUMO energy levels as a result of bithiazole in the polymer main-chain. Moreover, it was found that band-gaps of the thiazole-based polymers were tuned by change of their HOMO energy levels rather than LUMO energy levels. Conventional PLED devices were fabricated in the configuration [ITO / PEDOT:PSS / polymer / Ca / Al] using the polymers as emitting layers. EL emission colors were also tuned from green to red by thiophene extension of the monomer. In addition, a preliminary organic solar cell device with the configuration [ITO / PEDOT:PSS / (PTHBTzTF+C60) / Ca / Al] and a preliminary organic thin-film transistor making use of PT2HBTzT2F as a p-type channel material were also fabricated and characterized.
With the progress of organic electronics, materials possessing various functionalities are attracting much attention. Here we synthesized a novel photo-alignment polymer composed of conjugated carbazole main-chain and coumarin side-chain through nickel(0)-mediated polymerization. Carbazole is a well-known hole transporting material and coumarin is also famous for its good photo-alignment property. Photo-chemical reactivity of the coumarin side-chain was monitored by UV-vis. spectroscopy, and liquid crystal (LC) photo-alignment direction of the polymer film was proved to be perpendicular to the polarization direction of the irradiated UV light. The highest occupied molecular orbital (HOMO) level of the polymer, measured from both cyclic voltammetry and photoelectron spectroscopy, was -5.32 eV. Organic light-emitting diodes (OLEDs) of the configuration [ ITO / polymer / NPB / Alq3 / LiF / Al ] showed the higher efficiency (2.17 %) and brightness (14 000 cd/㎠) than the control device due to enhanced charge balance.
In addition to the syntheses of novel conjugated polymers, interface of organic thin-film transistor device was manipulated. To modify $SiO_2$ dielectric surface of bottom-contact OTFT device, octadecyltriethoxysilane (OTES) was used to find optimum condition of surface modification for triethoxysilane derivatives. Either spin-coating method or solution dipping method was applied to modify the dielectric surface with OTES. Optimization process was performed with varying solution concentration, reaction time and so on. Regioregular poly(3-hexylthiophene) was used as a channel material in OTFT device. Through surface modification of OTFT, 0.01 - 0.04 ㎠/V/s of hole mobilities were observed depending on modification conditions.
9,9-다이옥틸플루오렌과 전자당김 성질을 가진 바이싸이아졸을 포함하는 교대공중합 고분자를 스즈끼 중합법으로 합성하였고, 합성한 고분자의 유기전자소자 특성에 관해 연구하였다. 합성한 고분자의 기초적인 물리적 특성과 자외선 흡수 스펙트럼 및 광발광 스펙트럼 등 광학적 특성을 조사하였다. 순환전압전류법을 통해 합성한 고분자의 전기적 성질을 조사한 결과, 바이싸이아졸의 도입으로 고분자의 환원안정성이 증가하는 것을 알 수 있었으며 전자당김 성질을 가진 바이싸이아졸 양옆에 전자주게 성질을 가진 싸이오펜을 도입함으로써 다양한 단량체의 구조에 따라 고분자의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있었다. 이 때 에너지 밴드갭은 고분자의 LUMO 에너지 레벨은 큰 변화 없이 주로 HOMO 에너지 레벨의 변화에 의해 결정되는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 합성한 고분자를 이용하여, 고분자 전기발광소자을 제작하여 고분자 구조에 따라 발광 영역을 녹색에서 적색까지 조절할 수 있었다. 유기태양전지와 유기박막트랜지스터에도 합성한 고분자를 응용하여 이런 종류 고분자의 가능성을 확인하였다.
유기전자소자 연구의 발전과 더불어서 다양한 기능성을 가지는 고분자 재료의 필요성이 점점 커지고 있다. 따라서 일반적으로 정공 수송성을 가진다고 알려진 카바졸을 주사슬로 하고, 액정 광배향 성질을 가진다고 알려시 쿠마린을 곁사슬에 포함하는 새로운 종류의 공액 고분자를 합성하였다. 합성한 고분자의 기초적인 물리적 특성과 광반응성을 조사해 보았고, 특히 액정 광배향 성질을 알아보기 위하여 고분자를 배향막을 하는 액정셀을 만들어 본 결과, 본 연구에서 쓰인 고분자는 편광 조사 방향에 대하여 수직 방향으로 액정 배열을 유도하는 것으로 나타났다. 고분자의 이러한 광반응성과 더불어, 주사슬이 가지고 있는 전기적 특성을 조사하기 위해서 고분자를 포함하는 유기전기발광소자를 제작하였다. 소자 실험 결과 본 연구에 쓰인 고분자의 정공 주입/수송 능력으로 인하여 소자 성능이 더욱 향상되는 것을 확인하였다. 고분자에 편광을 조사시킨 최적의 조건에서 유기전기발광소자 실험 결과 최대 밝기 14000 cd/㎠ 와 최대약양효율 2.17 % 를 얻을 수 있었다.
다양한 공액 고분자의 합성과 더불어, 유기박막트랜지스터의 성능 향상을 위하여, $SiO_2$ 절연막과 고분자 채널사이의 계면 성질을 조절해 보았다. 절연막 표면 개질을 위하여 옥타데실트리에톡시실란 화합물을 준비하였고, 표면 처리 과정에서 용액의 농도와 시간에 따른 소자 성능의 변화를 관찰하였다. 최적화된 표면 개질을 통하여 폴리(3-헥실싸이오펜)을 채널 물질로 하는 유기박막트랜지스터에서 0.04 ㎠/V/s 의 최대 정공 이동도를 얻을 수 있었다.
