Color Stability of Polyfluorene Derivatives: Effects of Thermal ... -...

Polyfluorene (PF) is a well-known conjugated polymer which can be utilized as an emitting material for organic light emitting device (OLED). The excited polyfluorene normally emits blue light with high quantum efficiency. However, the emission spectrum is often accompanied by an undesired feature in the green spectral region. This is normally attributed to the formation of excimer and the existence of fluorenone group in the system. Our research explores the origins of the green emission peaks in the system of poly(9,9-bis(2- ethylhexyl)fluorene-2,7-diyl) or (PF2/6) and its random copolymer with anthracene. The polymer films were annealed at different temperatures in environments with controlled amount of oxygen. The films were also irradiated by UV light. It was found that the increase of oxygen concentration and annealing temperature accelerated the oxidation of fluorene into fluorenone group. The UV irradiation also caused the oxidation process. The incorporation of anthracene groups into polyfluorene is found to reduce the oxidation process. Study in dilute solution showed that the presence of fluorenone defects caused the decrease of quantum yield. Study in mixed solvent indicated that the presence of fluorenone defects promoted the formation of excimers, which led to strong green emission.

Rakchart Traiphol, Nipaphat Charoenthai

Laboratory of Advanced Polymers and Nanomaterials, Department of Chemistry and Center for Innovation in Chemistry, Faculty of Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000

*Corresponding authors e-mails: rakchartt@nu.ac.th, nipaphatc@nu.ac.th Tel: +66-5596-3451

“The First Higher Education Research Promotion Congress” (HERP CONGRESS I)

Color Stability of Polyfluorene Derivatives: Effects of Thermal Annealing and UV Light Irradiation

ความเสถยีรของสีของสารอนุพนัธ์พอลฟิลูออรีน: ผลของการอบด้วยความร้อนและการฉายแสงยูวี

การเปล่ียนแปลงโครงสร้างของพอลิเมอร์

Abstract

วิธีการทดลอง

วดัคา่การดดูกลืนแสงและคายแสง

OLED ใช้สมบัติการเปล่งแสงของโมเลกุลสารอินทรีย์โดยตรงดงันัน้สีท่ีได้จึงมีความสว่างและสดใสดูเหมือนจริงนอกจากนีแ้ล้วยงัใช้พลงังานไฟฟ้าในการท างานต ่ากว่าจอแสดงภาพแบบอ่ืนๆ มีความบาง น า้หนักเบา และมีความยืดหยุน่สงูรวมทัง้มีลกัษณะท่ีโปร่งใส ดสูวยงามมากยิ่งขึน้

เทคโนโลยี OLED

Polyfluorene(PF2/6) Poly(fluorene-co-anthracene) n X Y

Photophysical Changes of Polymeric Films Upon UV Light Irradiationc

การศึกษาสเปกตราการคายแสงในตัวท าละลายผสมระหว่างคลอโรฟอร์มและเมทธานอล 80% v/v พบว่าการมีหมู่ฟลอูอรีโนนในสายโซ่พอลิเมอร์มีผ ลช่ ว ยส่ ง เ ส ริ ม ใ ห้ เ กิ ด ก า รเปลง่แสงสีเขียว

สรุปผลการทดลอง

0

0.05

0.1

0.15

0.2

300 400 500 600

Wavelength (nm)

Absorb

ance

PF-co-Ant20%

0

0.5

1

400 450 500 550 600 650

Wavelength (nm)

PL

in

tensity (

arb

.units)

0

0.5

1

400 450 500 550 600 650

Wavelength (nm)

PL

in

tensity (

arb

.units)

0

0.5

1

1.5

2

400 450 500 550 600 650

Wavelength (nm)

PL

inte

nsity (

arb

. units)

Irradiation time

พอลิฟลอูอรีนเป็นคอนจเูกตพอลิเมอร์ท่ีเปลง่แสงอยู่ในช่วงสีน า้เงินเข้ม จึงมีคุณสมบตัิท่ีสามารถจะน าไปใช้ในอุปกรณ์เปล่งแสงจากสารอินทรีย์ได้ แต่อย่างไรก็ตามพอลิเมอร์ชนิดนีมี้ปัญหาท่ีส าคญัเก่ียวกบัความเสถียรของสีท่ีเปลง่ออกมา เน่ืองจากสีท่ีเปลง่ออกมาของพอลิเมอร์นี ้จะเปลี่ยนไปเป็นสีเขียวเม่ือมีความร้อนเกิดขึน้และเม่ือโดนรังสียู วีจากหมู่คี โตนท่ีเกิดขึน้จากการเกิดปฏิกิ ริยา ออกซิเดชั่นจากความร้อนและแสงดังนัน้เม่ือท าการเติมหมู่แอน ทราซีนเข้าไปในสายโซ่หลักของพอลีฟลูออรีนจะมีผลต่อการเคลื่อนท่ีของไพอิเลก็ตรอนซึง่จะสง่ผลตอ่สมบตัิของการเปลง่แสง

e-

e-

e-

e-

e-

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

300 350 400 450 500 550

Wavelength (nm)

Absorb

ance

PF-co-Ant5%

0

0.05

0.1

0.15

0.2

300 350 400 450 500 550

Wavelength (nm)

Absorb

ance

PF2/6

การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชนัเกิดเป็นหมู่ฟลูออรีโนนในสายโซ่หลกัของพอลิฟลูออรีน

Effects of Fluorenone Defects on the Green Emission

เตรียมฟิล์มบาง

UV 0-60 นาที

สารละลาย PF 2/6และโคพอลิเมอร์ ใน

คลอโรฟอร์ม

Photophysical Changes of PF2/6 Films Upon Oxygen Content and Thermal Annealing 180 oC

380 430 480 530 580 630Wavelength (nm)

PL inte

nsity (

arb

.units)

Degraded PF

Original PF

380 430 480 530 580 630Wavelength (nm)

PL inte

nsity (

arb

.units)

Original PFcoAnt5

Degraded PFcoAnt5

380 430 480 530 580 630Wavelength (nm)

PL

in

ten

sity (

arb

.un

its)

Original PFcoAnt20

Degraded PFcoAnt20

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

300 350 400 450 500Wavelength (nm)

Ab

so

rba

nce

0124723

Annealing time (h)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

410 460 510 560 610Wavelength (nm)

Norm

aliz

ed P

L inte

nsity (

arb

.units)

0124723

Annealing time (h)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

300 350 400 450 500Wavelength(nm)

Absorb

ance

0124723

Annealing time (h)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

410 460 510 560 610Wavelength (nm)

Norm

aliz

ed

PL

in

ten

sity (

arb

.un

its)

0124723

Annealing time (h)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

300 350 400 450 500

Wavelength (nm)

Absorb

ance

0124723

Annealing time (h)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

410 460 510 560 610Wavelength (nm)

Norm

aliz

ed P

L inte

nsity (

arb

.units)

0124723

Annealing time (h)

O2 = 110 Pa O2 = 8,510 Pa

O2 = 21,110 Pa

Acknowledgements: We would like to thank CHE-HERP-NRU (054027) for

financial support

จากการศึกษาพบว่าการเพิ่มปริมาณของออกซิเจนและอณุหภูมิของการอบมีผลท าให้เกิดการออกซิเดชันเป็นหมู่ฟลูออรีโนนไ ด้ดี ขึ น้ และ การฉายแสงยู วี ก็ท า ใ ห้เ กิ ดป ฏิ กิ ริ ย า ออกซิ เ ด ชัน ไ ด้ เ ช่ น กั น นอกจากนีย้ังพบว่าการมีหมู่แอนทราซีนเข้าไปในสายโซ่ของพอลิฟลูออรีนยังช่วยลดการเกิดออกซิเดชันเป็นหมู่ฟลอูอรีโนนได้ การศึกษาในสารละลายเจือจางพบว่าก า ร เ กิ ด หมู่ ฟ ลู อ อ รี โ น น มี ผ ลท า ใ ห้ประสิท ธิภาพการคายแสงลดลงด้วย ส าหรับการศึกษาในระบบตัวท าละลายผสม พบว่าการมีหมู่ฟลอูอรีโนนมีผลท าให้เกิดเอ็กไซเมอร์ ได้มากขึน้ ซึ่งมีผลท าให้เกิดการเปลง่แสงสีเขียวได้มากขึน้หรือ สารโคพอลิ เมอร์ในการทดลองนีส้ามารถเปลง่แสงสีน า้เงินท่ีคอ่นข้างเสถียร ดงันัน้จึงมีศักยภาพในการน าไปประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยี OLED ได้