Abstract
Die Autoren stellen einen Ansatz zur Herstellung von stabilen Weißlichtemission aus Polymer lichtemittierenden elektrochemischen Zellen (Plecs) mit einer aktiven Schicht, die blau fluoreszierende Poly (9,9-Di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) besteht aus ( PFD) und π-konjugiertes Triphenylamin Molekülen. Diese weiße Lichtemission stammt aus Exciplexen zwischen PFD und Aminen in elektronisch angeregten Zuständen gebildet. Vorrichtung enthält PFD, 4,4 ', 4' '- Tris [2-Naphthyl (phenyl) amino] triphenylamin (2-TNATA), Poly (ethylenoxid) und K 2 CF 3 SO 3 zeigte weiße Lichtemission mit der Commission Internationale de l'éclairage (CIE) -Koordinaten von (0,33, 0,43) und einem Farbwiedergabeindex (CRI) von Ra = 73 bei einer angelegten Spannung von 3,5 V. Konstantspannungsmessungen zeigten, dass die CIE-Koordinaten von (0,27, 0,37), Ra von 67, und die Emissionsfarbe beobachtet unmittelbar nach Anlegen einer Spannung von 5 V waren fast unverändert und stabil, nachdem300 sec.
Protocol
1. Herstellung von Aktivschicht Lösungen
- Die aktive Schicht Lösung für die Amin - dotierten PFD Geräte
HINWEIS: Der PFD, 4,4 ', 4' '- Tris [2-Naphthyl (phenyl) amino] triphenylamin (2-TNATA), 9,9-Dimethyl- N, -di' N (1-Naphthyl) - N , N '-Diphenyl-9H-fluoren-2,7-diamin (DMFL-NPB), Poly (ethylenoxid) (PEO) wurden wie erhalten verwendet. Das Kalium - trifluormethansulfonat (K 2 CF 3 SO 3) wurde 1 h bei 200 ° C unter Vakuum getrocknet , vor der Verwendung.- Für die Geräte eine PFD aufweist: Amin-Verhältnis von 1: 0,25, lösen sich 10 mg des PFD und 2,5 mg des aromatischen Amins in 1 ml Chloroform und Rühren für 1 h bei 40 ° C. Für diejenigen, die eine PFD aufweist: Amin-Verhältnis von 1: 1, verwendet werden 10 mg des aromatischen Amins.
- Separat, lösen sich 10 mg PEO in 1 ml Cyclohexanon und rühre 1 Stunde bei 60 ° C, und lösen sich 2,5 mg Kalium - trifluormethansulfonat (KCF 3 SO 3) in 1ml Cyclohexanon und rühre 1 Stunde bei 40 ° C.
- Hinzufügen 0,78 ml der PEO - Lösung und 0,147 ml der KCF 3 SO 3 Lösung für die PFD - Lösung mit Mikropipetten. Rühren Sie die gemischte Lösung für 4 Stunden bei 40 ° C.
- Filtern der gemischten Lösung, die ein Membranfilter vor der Schleuderbeschichtung verwendet wird.
- Die aktive Schicht Lösung für die undotierte PFD - Gerät
- Für die undotierte PFD Vorrichtung auflösen 10 mg PFD in 1 ml Chloroform und Rühren für 1 h bei 40 ° C. Die Schritte, die folgen, sind die gleichen wie die zuvor für die Amin-dotierten PFDs beschrieben in 1.1.2 - 1.1.4.
2. Herstellung von LEC-Geräte
ANMERKUNG: Herstellungsverfahren LEC Vorrichtungen ist in 1 zusammengefasst.
- Die ultraschall sauber strukturierten Indium-Zinn-Oxid (ITO) Glassubstrate mit verdünntem Reinigungsmittel, gefolgt von ionisiertem Wasser, Aceton und 2-Propanol ein mitDesktop Ultraschallbad (38 kHz) für 3 min für jeden Schritt. Schließlich entferne das Lösungsmittel ein N 2 Gebläse.
- Behandlung der Substrate mit UV / O 3 für 3 min einer UV / O 3 Behandlungseinheit unter Verwendung von nach dem Protokoll des Herstellers. Führen Sie die aktive Schicht-Beschichtungsverfahren unter einer inerten Atmosphäre in einer Glove-Box.
- Stellen Sie einen gereinigten Substrat auf dem Kopf eines Spin-Coater. Dispense etwa 100 & mgr; l der aktiven Schicht Lösung mit einer Mikropipette. Spin des Substrats wie folgt: 800 rpm für 60 sec, erhöhen die Rate auf 1000 rpm über 3 sec, dann bei 1000 rpm für 10 sec drehen. Die aktive Schichtdicke wird etwa 150 nm betragen.
- Trocknen der beschichteten Substrate in dem Handschuhkasten über Nacht.
- Wischen Sie überschüssiges Polymer eine geeignete Elektrodenverbindung und Verkapselung zu gewährleisten.
- Platzieren Sie die Substrate auf einer Verdampfungshalterung zur Abscheidung von Aluminium. Laden Sie den Halter in der Verdampfungskammer und thermisch eine 100 nm Schicht aus Aluminium abzulagernbei einer Verdampfungsrate von 0,4 nm / sec durch eine Edelstahl-Verdampfungsmaske, die zum Abscheiden der Aluminiumgegenelektroden 3 mm breite Öffnungen aufweist.
- Wenn die Abscheidung beendet ist, übertragen die Geräte an einem Handschuhkasten unter einer inerten Atmosphäre. Eine Raupe UV härtbare Epoxidharz in der Form eines Rechtecks unter Verwendung eines Spenders. Legen Sie ein Deckglas (15 mm x 12 mm x 0,7 mm dick) auf dem Harz , das Gerät zu kapseln (siehe Abbildung 1).
- Heilung des Harzes mit UV - Strahlung (kumulative Dosis: 6.000 mJ / cm 2, Wellenlänge: 365 nm) aus einer UV-LED - Lichtquelle.
3. Charakterisierung
- JVL Messungen
HINWEIS: Die Stromdichte (J) -Spannung (V) -luminance (L) (JVL) Merkmale und Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) Koordinaten wurden unter Verwendung eines spektralen Photodetektor mit einer Gleichspannung Stromquelle Monitor ausgestattet gemessen. Das Messsystem wird durch eine kontrolliertePC mit einem benutzerdefinierten Steuerungssoftware für die Datenerfassung. Das System wurde nach Herstellerprotokoll kalibriert und Messungen wurden im Dunkeln unter einem schwarzen Vorhang durchgeführt.- Schließen Sie die Klemmen an die Kontakte des Geräts mit Krokodilklemmen. Stellen Sie das Gerät auf die Messung der Bühne.
- Führen Sie die Steuerungs-Software für die Datenerfassung. Das System steuert die angelegte Spannung und der Strom über die Zeit und sammelt die Emissionsspektren durch das Spektrometer durch eine optische Faser.
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Representative Results
Die Elektrolumineszenz (EL) -Spektren wurden verwendet , um die CIE - Koordinaten und CRI - Werte (2, 4, 5) zu berechnen. Fotografische Bilder der emittierenden Vorrichtungen wurden gesammelt , um die Weiße der Emission (Figur 3) zu überprüfen.
Die EL - Spektren der Amin dotierten PFD - Geräten und dem undotierten PFD Vorrichtung sind in Abbildung 2 dargestellt. Die undotierte PFD - Vorrichtung zeigte eine blaue Emission, die PFD Exciton - Emission entspricht. Inzwischen hat die 2-TNATA und die DMFL-NPB dotierten Vorrichtungen zeigten längere Wellenlänge Emissionen im Vergleich zu der undotierten PFD Gerät. Die Emissionen aus den Amin dotierten Geräte stammten aus Exciplexe zwischen dem PFD und Aminen in elektronisch angeregten Zuständen gebildet.
Die 2-TNATA sowie die DMFL-NPB dotierten Geräte zeigte Weißlichtemission wie in der Farbe photogra gesehen pH - Werte der emittierende Vorrichtungen (Abbildung 3). Die Veränderungen der CIE - Koordinaten der Amin - dotierten Vorrichtungen (Dotierungsverhältnisse von PFD: Amin = 1: 0,25 und 1: 1). Sind in 4 gezeigt ist die 2-TNATA dotierten Vorrichtung (PFD: 2-TNATA = 1: 0,25) CIE zeigte Koordinaten von (0,33, 0,43) und einem Farbwiedergabeindex (CRI) von Ra = 73 bei V turn-on = 3,5 V (V turn-on , wie die Spannung definiert ist erforderlich , um eine Leuchtdichte von über 1 cd zu produzieren / cm Messung 2 während eines Spannungsdurchlauf) und die DMFL-NPB dotierten Vorrichtung mit dem gleichen Verhältnis von PFD: DMFL-NPB (1: 0,25) zeigte , CIE - Koordinaten von x = 0,23, y 0,33 = und einen CRI von Ra = 54 bei V Turn-on = 3,5 V. die Emissionsfarbe des DMFL-NPB dotierten Gerät leicht blau war verschoben , dass der 2-TNATA dotierten Gerät verglichen. Dies ist aufgrund eines Unterschiedes in der Exciplex Fähigkeiten der Amine mit dem PFD bildet, mit 2-TNATA eine größere Fähigkeit, Exciplexe als DMFL-NPB zu bilden. 15
ontent "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Abbildung 5 zeigt die Veränderungen der Stromdichte, Leuchtdichte und CIE - Koordinaten des 2-TNATA dotierten Vorrichtung , wenn eine konstante Spannung von 5 V angelegt wurde unmittelbar nach der Anwendung. Spannung, wobei die Vorrichtung zeigte CIE-Koordinaten von (0,27, 0,37) und einem Ra von 67, und die Emissionsfarbe war nahezu unverändert und stabil nach 300 sec.
Abbildung 1. Herstellungsprozess von LEC - Gerät. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. EL - Emissionsspektren von Plektren, 2-TNATA dotiert ist , DMFL-NPB dotierte und undotierte Geräte.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Fotografie der Lichtemission aus den Amin dotierten Geräte Doping - Verhältnis von PFD:. Amin = 1:.. 1 a) 2-TNATA dotierten Gerät b) DMFL-NPB dotierten Vorrichtung (Maßstabsbalken: 5 mm . ) Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4. Änderungen in CIE - Koordinaten des 2-TNATA und der DMFL-NPD dotierten Geräte mit zunehmender Spannung a) Geräte mit Dotierungsverhältnis von PFD:. Amin = 1:. 1 b) </ strong> Geräte mit Dotierungsverhältnis von PFD: Amin = 1:. 0,25 Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5. Zeitliche Entwicklung von a) CIE Koordinaten, Luminanz und Strom, und b) die Wirksamkeit, Luminanz, und der Strom der 2-TNATA Plecs dotiert. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Discussion
Der LEC hat eine aktive Schicht hydrophobe PFD und aromatische Amine enthält, und hydrophile Polyethylenoxid und KCF 3 SO 3. Da diese Materialien haben sehr unterschiedliche Löslichkeiten, eine sorgfältige Vorbereitung der Spinbeschichtungslösung ist entscheidend unvollständig Solvatation zu vermeiden. Jeder muss zunächst getrennt und vollständig in Lösemittel mit ausreichender Solvatisierungsfähigkeit aufgelöst werden, dann werden die Lösungen miteinander vermischt werden, um eine einheitliche Mischung zu bilden. die Exzitonen und Exciplex-Emissionen Balancing ist der Schlüssel für weiße Emission zu erhalten. Daher müssen die Mengen an PFD und Amine genau gemessen.
In LECs ist es auch wichtig, die Phasentrennungs Morphologie der aktiven Schicht zu steuern. Die Autoren versucht , andere Ionen unter Verwendung von Polymeren, wie Trimethylolpropan - ethoxylat (TMPE-OH) 16 anstelle von PEO leitend, aber die Vorrichtung mit TMPE-OH hergestellt nicht als LEC funktionieren. Die hydrophoben Materialien (PFD und aromatischeAmine) und die hydrophile Polymerelektrolyt neigen zu trennenden Phase, die Materialien bedeutet sorgfältig ausgewählt werden müssen.
Das UV-Licht verwendet, um das Harz auszuhärten, kann die aktive Schicht Material beschädigen. Daher wird die UV-Licht von der Seite mit abgeschiedenem Aluminium durch eine Glasabdeckung geleuchtet, um unnötige Belichtung vermeiden.
Im Vergleich zu Verfahren , bei denen mehrere Lichtemissionsmaterialien verwendet werden, 10-14 das oben beschriebene Verfahren hat einen großen Vorteil darin , dass Weißlichtemission kann durch nur die Zugabe von einfachen Verbindungen erhalten werden, wie aromatische Amine. Um eine hohe CRI weißes Licht erzeugen, wird es notwendig sein, um breiteres Band-Emissionen mit einem Spektrum näher an Sonnenlicht erhalten. Da Exciplexen allgemein Breitband-Emissionen produzieren, sollten bessere Kombinationen von blauem Licht emittierenden Polymeren und Aminen zu finden, machen es möglich, diese höheren CRI zu erreichen.
Figur 5 zeigt Zeit evolution der Leuchtdichte, der Stromdichte, CIE - Koordinaten und die Wirksamkeit der 2-TNATA dotiertem LEC bei einer konstanten Spannung von 5 V. Figur 4b zeigt das typische Verhalten eines LEC angewendet, wie Luminanz und der Stromdichte und Veränderungen in der Wirksamkeit bei zunehmender die ersten 30 Sekunden des Betriebs.
Die Autoren haben somit die Herstellungsverfahren für PLECS mit Weißlichtemission unter Verwendung von Exciplex-Emissionen stammen aus PFD und Aminen unter Beweis gestellt. Die Autoren haben auch die Stabilität dieser Weißlichtemission, eine Eigenschaft gezeigt, die für großflächige Beleuchtungsanwendungen besonders wichtig ist.
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Acknowledgments
Diese Arbeit wurde zum Teil durch einen Zuschuss-in-Aid for Scientific Research (Nr 24225003) unterstützt. Diese Arbeit wurde von der JX Nippon Oil & Energy Corporation unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) | Aldrich | 571660 | |
| 4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino] triphenylamine (2-TNATA) | Aldrich | 768669 | |
| 9,9-Dimethyl-N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-9H-fluorene-2,7-diamine (DMFL-NPB) | Aldrich | ||
| Poly(ethylene oxide) (PEO) | Aldrich | 182028 | |
| Potassium tirifluoromethansulfonate (KCF3SO3) | Aldrich | 422843 | dried under vacuum at 200 °C for 2 hr prior to use |
| Chloroform | Kanto Chemical Co. | 08097-25 | dehydrated |
| Cyclohexanone | Kanto Chemical Co. | 07555-00 | |
| SCAT 20-X (detergent) | Daiichi Kogyo Seiyaku | diluted with water | |
| Acetone | Kanto Chemical Co. | 01866-25 | Electronic grage |
| 2-propanol | Kanto Chemical Co. | 32439-75 | Electronic grage |
| 13 mm GD/X Disposable Filter Device PVDF Filter Media, Polypropylene Housing | Whatman | 6872-1304 | |
| UV/O3 Treating Unit | SEN Lights Co. | SSP16-110 | |
| Spectral Photo Detector | Otsuka Electronics | MCPD 9800 | |
| Voltage Current Source Monitor | ADCMT | 6241A | |
| Evaporation Mask | Tokyo Process Service Co., Ltd. | NA | The evaporation mask was wet-etched to create openings for patterned deposition of aluminum. The size of the mask is 100 mm x 100 mm x 0.2 mm-thick. |
References
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