全高分子元件組成的紅光/近紅外光距離感測器

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研究生：	徐文興 Syu, Wun-Shing
論文名稱：	全高分子元件組成的紅光/近紅外光距離感測器 Red/near infrared proximity sensor combine a polymer light emitting diode with a polymer photodetector
指導教授：	洪勝富 Horng, Sheng-Fu 孟心飛 Meng, Hsin-Fei
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電子工程研究所 Institute of Electronics Engineering
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	77
中文關鍵詞：	機器人皮膚、紅光與近紅外光距離感測、全高分子元件
外文關鍵詞：	robot skin, all polymer red/near infrared proximity sensor
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紅光/近紅外光距離感測器結合了發光元件－Polymer Light Emitting diode ( PLED )與吸光元件－Polymer Photo Detector ( PPD )，其中光源部份分為兩類：一為近紅外光PLED；另一者為紅光PLED。近紅外光PLED是由發黃光 ( Super Yellow , S-Y) 的PLED結合一層轉換膜所組成，其轉換效率約為6%、放光光譜約為660nm ~ 840nm，轉換膜是由主體材料( PVP 360 )和發近紅外光的染料( LDS 798 )混合而成；至於紅光PLED則藉由摻雜的方式以能量轉移的方式來達成，利用具有好的電激發光(EL)效率的主體材料，摻雜具有高螢光放光(PL)效率的的紅光材料，其外部量子效率分別為3 % ( RP 158)、2.5 % (Green B：RP 158)、2 % ( S-Y：PQT-12)與2.5 % ( SPB02：RP 158)。至於光偵測器是則是採用P3HT(donor)和PCBM (acceptor)混合以形成bulk heterojunction，利用兩各材料的能階差來做吸收，光偵測器可偵測到波長650nm ~ 900nm的紅光與近紅外光。
以白紙盒當作偵測物與感測器相距10cm時，當近紅外光PLED偏壓操作在7V (130mA/cm2)且光偵測器(PPD)操作在-20V，可偵測到4nA的光電流。為了降低PLED的驅動電流而把光源轉換成高效率的紅光PLED，其操作電壓為5V(20mA/cm2)而光偵測器為-10V，在距離10cm時可量測到15nA的光電流，若在紅光PLED前方放置聚光的塑膠透鏡，則可使光電流電為30nA，提升了後端電路處理的方便性與應用價值。

中文摘要        I
英文摘要        II
致謝        IV
目錄        V
表目錄        VII
圖目錄        VIII
第一章 序論        1
1-1前言    1
1-1-1有機電激發光二極體的歷史簡介    2
1-2 有機距離感測器之特性以及應用    2
1-3 研究動機與目的    3
1-4 論文架構    3
第二章 理論基礎    4
2-1 共軛導電高分子的電子狀態    4
2-2 螢光原理    5
2-2-1螢光的成因    5
2-2-2影響螢光的因素    7
2-3 有機電激發光二極體    8
2-3-1 多層結構原理    8
2-3-2 電激發光操作原理    9
2-3-3 發光效率    13
2-4 能量轉移    14
2-4-1 簡介    14
2-4-2 能量轉移的形式    15
2-5 高分子摻雜    16
2-5-1 簡介    16
2-5-2 摻合系統的應用    17
2-6近紅外染料發光機制    18
2-6-1染料雷射的工作機制    18
2-7 高分子光偵測器之結構與基本原理    19
第三章 實驗製程與材料介紹    21
3-1 PLED元件製作流程    22
3-1-1 圖形化ITO基板    23
3-1-2    ITO基板清洗    24
3-1-3電洞注入層－PEDOT：PSS    24
3-1-4 電子、電洞傳輸層與發光層    25
3-1-5 陰極蒸鍍    27
3-2 近紅外光轉換膜以及可見光濾光片製作    28
3-2-1 近紅外光轉換膜    28
3-2-2 可見光慮光片    28
3-3 元件封裝－UV膠    29
3-4 有機電激發光二極體光電特性量測    30
3-5轉換膜轉量測－光激發螢光    31
3-6 距離感測器之量測    32
3-7 材料介紹    33
3-7-2電洞傳輸層材料(Hole Transport Layer, HTL)    34
3-7-3發光層材料(Emission layer：EML)    35
3-7-4 陰極材料    37
3-7-5 近紅外光轉換膜材料    38
第四章 實驗結果與討論    39
4-1 近紅外光距離感測器所需的元件    39
4-1-1 近紅外光轉換膜的製作與特性    39
4-1-2 近紅外光轉換膜的光源選取    41
4-1-3 光偵測器的特性    44
4-2近紅外光距離感測器之量測結果    45
4-3光電檢測電路的基本構成    46
4-3-1 電流轉電壓放大器    47
4-3-2 帶通濾波器    48
4-3-3 半波整流器    51
4-3-4 電壓緩衝器    53
4-4 近紅外光距離感測器搭配光電檢測電路之量測結果    54
4-5紅光距離感測器所需的元件    56
4-5-1 紅光有機發光二極體－RP 158    56
4-5-2 紅光有機發光二極體－Green B：RP 158    59
4-6紅光有機發光二極體之量測結果    61
4-7 黃橘光有機發光二極體－SY：DCJTB    62
4-8 橘紅光有機發光二極體－SY：PQT-12    65
4-9紅光有機發光二極體－SPB02：RP 158    70
第五章 結論     73
參考文獻        75

                                

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