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方法論記事

エキシプレックスからの安定した発光と白色発光電気化学セルの作製

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DOI:

10.3791/54628

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2016年11月15日

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1Specialty Chemicals & Materials Company, JX Nippon Oil & Energy Corporation, 2Department of Advanced Science and Engineering, Waseda University, 3Central Technical Research Laboratory, JX Nippon Oil & Energy Corporation

この記事について

サマリー

著者らは、青色発光フルオレンポリマーと芳香族アミンとの間に形成されるエキシプレックスからの発光を利用して、安定した白色発光電気化学セルを製造する方法を提示しています。

要約

著者らは、（青色蛍光ポリ（9,9-ジ-n- dodecylfluorenyl -2,7-ジイル）からなる活性層を有する高分子発光電気化学セルからの安定した白色発光（PLECS）を製造するための方法を提供しますPFD）とπ共役トリフェニルアミン分子。この白色発光は、電子的に励起状態にPFDおよびアミンとの間に形成された励起錯体に由来します。 PFD、4,4 '、4 "を含むデバイス" -トリス[2-ナフチル（フェニル）アミノ]トリフェニルアミン（2-TNATA）、ポリ（エチレンオキシド）及びK 2 CF 3 SO 3委員会国際と白色発光を示しました。ドゥéclairage（CIE）（0.33、0.43）の座標と3.5Vで定電圧測定の印加電圧でのRa = 73の演色指数（CRI）は（0.27、0.37）のCIE座標ことが示された、Raは67、および5Vの電圧を印加した直後に観察された発光色はほぼ変わらないと後に安定であったの300秒。

概要

近年、高分子発光電気化学セル（PREC）の研究開発が拡大しています。1-15 PLECは、有機発光ダイオード(OLED)と似ており、どちらも表面発光する有機デバイスであり、将来の照明用途への道を見つけることが期待されています。OLEDはすでに市場に出回っていますが、コストはまだ高く、OLEDには複数の層を持つ複雑なデバイス構造が必要であることが理由の1つです。これに対し、PLECは、一対の電極の間に1つの活性層(発光層)からなる非常にシンプルなデバイス構造をしています。そのため、PLECはロールtoロール印刷やコーティングなどの大量生産プロセスに適しています。

A PLECは、蛍光π共役ポリマー(FCP)からなる活性層を持っています。FCPは、高分子電解質(イオン伝導性ポリマーと塩の混合物)を電気化学的にドープできます。FCPは、運転時にアノード側にpドープ、カソード側にnドープされ、pドープ領域とnドープ領域の間に発光する励起子を生成します。したがって、発光色はFCPの励起子発光(=蛍光)波長を反映しています。

安定した白色光の放出は照明アプリケーションにとって重要であり、これを達成するために2つ以上のエミッターを使用するカラーミキシング技術が広く使用されています。10-14 最近、青色蛍光ポリ(9,9-ジ-n-ドデシルフルオレニル-2,7-ジイル)(PFD)とπ共役芳香族アミン15を含む活性層を用いて、安定した白色発光を得るための異なるアプローチを提示した。この白色発光は、PFDとアミン分子との間に励起状態で形成されたエキシプレックスから発生します。エキシプレックス発光は、PDFやアミンからの励起子発光に比べてスペクトルが広く、自然光に近い色をしています。これは、より高い演色評価数(CRI)に変換され、照明アプリケーションに適しています。

この記事では、著者はエキシプレックスベースのLECを製造するために使用される手順を説明し、その白色発光の安定性を示します。

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プロトコル

活性層ソリューションの調製

  1. アミンドープPFDデバイス用のアクティブ層溶液
    注：PFD、4,4 '、4' ' -トリス[2-ナフチル（フェニル）アミノ]トリフェニルアミン（2-TNATA）、9,9-ジメチルN、N'-ジ（1-ナフチル） - N 、N 'ジフェニル- 9Hフルオレン-2,7-ジアミン（DMFL-NPB）受信した、ポリ（エチレンオキシド）（PEO）を使用しました。トリフルオロメタンスルホン酸カリウム（K 2 CF 3 SO 3）は、使用前に1時間200℃の真空下で乾燥させました。
    1. 1のアミン比：PFDを持つデバイスの場合0.25、PFDの10 mgのクロロホルムの1ミリリットル中の芳香族アミン2.5mgのを溶解し、40℃で1時間撹拌しました。 1のアミン比：PFDを有するものについては1、芳香族アミン10mgを使用します。
    2. 別途、シクロヘキサノン1mlのPEO 10mgを溶解し、60℃で1時間撹拌し、1でトリフルオロメタンスルホン酸カリウム（KCF 3 SO 3）の2.5 mgの溶解シクロヘキサノンmlおよび40℃で1時間撹拌します。
    3. PEO溶液を0.78ミリリットルとマイクロピペットを用いて、PFD溶液にKCF 3 SO 3溶液の0.147ミリリットルを追加します。 40℃で4時間、混合液を撹拌しました。
    4. スピンコーティングの前にメンブレンフィルターを用いて混合溶液を濾過します。
  2. アンドープPFDデバイス用のアクティブ層溶液
    1. アンドープPFDデバイスの場合、クロロホルム1mlにPFD 10mgを溶解し、40℃で1時間撹拌します。 1.1.4 - 次の手順は、1.1.2にアミンドープのPFDについて前述したものと同じです。

LECデバイスの2製作

注：LECデバイスの製造工程を図1に要約されています。

  1. 脱イオン水、アセトンおよび2-プロパノールが使用続く希釈洗剤で超音波で清浄なパターン化インジウムスズ酸化物（ITO）ガラス基板、各ステップの3分間のデスクトップ超音波浴（38 kHzの）。最後に、N 2送風機を用いて溶媒を除去します。
  2. 製造業者のプロトコルに従ってユニットを治療するUV / O 3を用いて、3分間UV / O 3を有する基板を扱います。グローブボックス内の不活性雰囲気下、活性層用塗布処理を行います。
  3. スピンコーターの頭の上に洗浄された基板を設定します。マイクロピペットを用いて、活性層液の約100μLを分注します。次のように基板をスピン：800 rpmで60秒のために、その後10秒間1000rpmでスピンし、3秒かけて1,000回転まで速度を増加させます。活性層の厚さは約150nmです。
  4. グローブボックスの一晩で被覆された基材を乾燥させます。
  5. 適切な電極接続及びカプセル化を確実にするために過剰なポリマーを拭き取ってください。
  6. アルミニウムを蒸着するための蒸着ホルダに基板を配置します。蒸発チャンバ内のホルダーをロードし、熱的に100nmのアルミニウム層を堆積させますアルミニウム対向電極を堆積させるための幅3mmの開口部を有するステンレス鋼の蒸着マスクを介して0.4ナノメートル/秒の蒸着速度で。
  7. 堆積が完了したら、不活性雰囲気下のグローブボックスにデバイスを移します。ディスペンサーを使用して矩形状のUV硬化性エポキシ樹脂のビーズを適用します。 （ 図1を参照）、デバイスをカプセル化するために、樹脂のカバーガラス（15ミリメートル×0.7 mm厚×12 mm）を配置します。
  8. UV-LED光源からのUV照射（波長365nm：6000ミリジュール/ cm 2であり、波長累積投与量）を使用して樹脂を硬化。

3.特性評価

  1. JVL測定
    注：電流密度（J） - 電圧（V）-luminance（L）（JVL）特性および国際照明委員会（CIE）座標は、直流電圧電流源のモニタを備えたスペクトル光検出器を用いて測定しました。測定システムは、以下によって制御されますデータ取得のためのカスタムコントロールソフトウェアを搭載したPC。システムは、以下の製造業者のプロトコルを較正し、測定は、黒いカーテンの下で暗所で行いました。
    1. ワニ口クリップ付きデバイスの接点に端子を接続します。測定ステージ上にデバイスを配置します。
    2. データ収集のための制御ソフトウェアを実行します。システムは、経時的に印加される電圧と電流を制御し、光ファイバを介して分光計による発光スペクトルを収集します。

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結果

エレクトロルミネッセンス（EL）スペクトルは、CIE座標およびCRI値（ 図2、図4、図5）を計算するために使用しました。発光素子の写真画像は、発光（ 図3）の白色度を確認するために収集しました。

アミンドープPFD装置とアンドープPFD装置のELスペクトルを図2に示されている。アンドープPFD装置は、PFDの励起子発光に対応する青色発光を示しました。一方、2-TNATAとDMFL-NPBドープデバイスは、ドープされていないPFD装置に比べて、より長い波長の発光を示しました。アミンドープデバイスからの排出量は、電子的に励起状態にPFDおよびアミンとの間に形成された励起錯体に由来します。

色photograに見られるように、2-TNA...

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ディスカッション

LECは、疎水性PFD及び芳香族アミンを含む活性層、及び親水性ポリエチレンオキシドおよびKCF 3 SO 3を有します。これらの材料は非常に異なる溶解度を有するので、スピンコーティング溶液の入念な準備が不完全な溶媒和を避けるために重要です。まず各別々に溶解されなければならず、完全に十分な溶媒和能力を有する溶媒中で、次に溶液は、均一な混合物を形成するために一緒に混合されます。励起子とエキサイプレックス排出量のバランスを取る白色発光を得るための鍵です。したがって、PFDおよびアミンの量を正確に測定する必要があります。

LECでは、活性層の相分離形態を制御することも重要です。著者らは、トリメチロールプロパンエトキシレート（TMPE-OH）16の代わりにPEOが、TMPE-OH LECとして機能していなかったで作製装置などの他のイオン導電性ポリマーを使用してみました。疎水性材料（PFDおよび芳香族アミン）と親水性高分子電解質は、材料を慎重に選択しなければならないことを意味し、相分離する傾向があります。

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開示事項

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

この作品は、部分的に科学研究費補助金（第24225003）によってサポートされていました。この作品は、JX日鉱日石エネルギー株式会社によって財政的にサポートされていました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ポリ(9,9-ジ-n-ドデシルフルオレニル-2,7-ジイル) (PFD)Aldrich571660
4,4',4''-トリス[2-ナフチル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン(2-TNATA)アルドリッチ768669
9,9-ジメチル-N,N'-di(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-9H-フルオレン-2,7-ジアミン (DMFL-NPB)アルドリッチ
ポリ(エチレンオキシド) (PEO)アルドリッチ182028
チリフルオロメタンスルホン酸カリウム (KCF3SO3)Aldrich422843200°Cで真空乾燥。2のC 
クロロホルム関東化学(株)08097-25脱水シ
クロヘキサノン関東化学工業(株)07555-00
SCAT 20-X(洗剤)第一工業製油(水)
アセトン関東化学工業(株)01866-25エレクトロニック・グレージ
2-プロパノール関東化学(株)32439-75電子grage
13 mm GD/Xの使い捨て可能なフィルター装置PVDFのフィルター媒体、ポリプロピレンのハウジングWhatman6872-1304
UV/O3単位を扱う単位SENライトCo.SSP16-110
分光光検出器大塚電子MCPD 9800
電圧源モニタADCMT6241A
蒸発マスク東京プロセスサービス株式会社NA蒸発マスクは、アルミニウムのパターン化された堆積のための開口部を作成するためにウェットエッチングされました。マスクのサイズは100mm×100mm×0.2 mm-厚さ。
使用前のhr

参考文献

  1. Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
  2. Sun, Q., Li, Y., Pei, Q. Polymer light-emitting electrochemical cells for high-efficiency low-voltage electroluminescent devices. J. Disp. Technol. 3 (2), 211-224 (2007).
  3. Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
  4. Edman, L., et al. Single-component light-emitting electrochemical cell fabricated from cationic polyfluorene: Effect of film morphology on device performance. J. Appl. Phys. 98 (4), 044502(2005).
  5. Fang, J., Matyba, P., Edman, L. The Design and Realization of Flexible, Long-Lived Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Funct. Mater. 19 (16), 2671-2676 (2009).
  6. Yu, Z., et al. Stabilizing the Dynamic p− i− n Junction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells. J. Phys. Chem. Lett. 2 (5), 367-372 (2011).
  7. Sandström, A., Dam, H. F., Krebs, F. C., Edman, L. Ambient fabrication of flexible and large-area organic light-emitting devices using slot-die coating. Nat. Commun. 3, 1002(2012).
  8. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  9. Yang, Y., Pei, Q. Efficient blue-green and white light-emitting electrochemical cells based on poly 9, 9-bis (3, 6-dioxaheptyl)-fluorene-2, 7-diyl. J. Appl. Phys. 81 (7), 3294-3298 (1997).
  10. Tang, S., Buchholz, H. A., Edman, L. White Light from a Light-Emitting Electrochemical Cell: Controlling the Energy-Transfer in a Conjugated Polymer/Triplet-Emitter Blend. ACS Appl. Mater. Iterfaces. 7 (46), 25955-25960 (2015).
  11. Nishikitani, Y., Takizawa, D., Nishide, H., Uchida, S., Nishimura, S. White Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells Fabricated Using Energy Donor and Acceptor Fluorescent π-Conjugated Polymers Based on Concepts of Band-Structure Engineering. J. Phys. Chem. C. 119 (52), 28701-28710 (2015).
  12. Sun, M., Zhong, C., Li, F., Cao, Y., Pei, Q. A Fluorene− Oxadiazole Copolymer for White Light-Emitting Electrochemical Cells. Macromolecules. 43 (4), 1714-1718 (2010).
  13. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
  14. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H. A., Edman, L. White light from a single-emitter light-emitting electrochemical cell. J. Am. Chem. Soc. 135 (9), 3647-3652 (2013).
  15. Nishikitani, Y., et al. White polymer light-emitting electrochemical cells using emission from exciplexes with long intermolecular distances formed between polyfluorene and π-conjugated amine molecules. J. Appl. Phys. 118 (22), 225501(2015).
  16. Tang, S., Mindemark, J., Araujo, C. M. G., Brandell, D., Edman, L. Identifying Key Properties of Electrolytes for Light-Emitting Electrochemical Cells. Chem. Mater. 26 (17), 5083-5088 (2014).

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