De auteurs presenteren een methode voor het fabriceren van stabiele elektrochemische cellen die wit licht uitstralen, door gebruik te maken van emissie van exciplexen die gevormd worden tussen een blauw licht uitstralende fluoreen polymeer en aromatische amine.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fabricage van White Light-emitting elektrochemische cellen met Stable Emissie van Exciplexes
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De auteurs geven een benadering voor het vervaardigen van stabiele witte lichtemissie van polymere lichtemitterende elektrochemische cellen (plecs) een actieve laag bestaande uit blauwe fluorescerende poly (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) ( PFD) en π-geconjugeerde moleculen trifenylamine. Deze witte lichtemissie afkomstig uit exciplexes gevormd tussen PFD en aminen in elektronisch aangeslagen toestanden. Inrichting bevattende PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftyl (fenyl) amino] trifenylamine (2-TNATA), poly (ethyleenoxide) en K 2 CF 3 SO 3 toonde wit-lichtemissie met Commission Internationale de l'éclairage (CIE) coördinaten van (0,33, 0,43) en een Color Rendering Index (CRI) van Ra = 73 bij een aangelegde spanning van 3,5 V. Constante spanning metingen bleek dat de CIE coördinaten van (0,27, 0,37), Ra van 67, en de emissiekleur waargenomen onmiddellijk na het aanleggen van een spanning van 5 V waren nagenoeg onveranderd stabiel na300 sec.
Inleiding
Onderzoek en ontwikkeling van polymeer lichtemitterende elektrochemische cellen (PLECs) zijn de afgelopen jaren uitgebreid.1-15 PLECs zijn vergelijkbaar met organische lichtemitterende diodes (OLEDs) omdat beide oppervlakte-emitterende organische apparaten zijn en naar verwachting hun weg zullen vinden naar toekomstige verlichtingstoepassingen. OLEDs zijn al op de markt, maar de kosten zijn nog steeds hoog, een reden is dat OLEDs een ingewikkelde apparaatstructuur met meerdere lagen nodig hebben. In tegenstelling daarmee hebben PLECs een zeer eenvoudige apparaatstructuur die bestaat uit een enkele actieve laag (emitterende laag) tussen een paar elektroden. Dit betekent dat PLECs geschikt zijn voor massaproductieprocessen zoals roll-to-roll printen en coaten.
Een PLEC heeft een actieve laag die bestaat uit een fluorescente π-geconjugeerde polymeer (FCP). De FCP kan elektrochemisch worden gedoping met een polymeerelektrolyt (een mengsel van een ion geleidend polymeer en een zout). De FCP wordt tijdens gebruik p-gedoping aan de anodezijde en n-gedoping aan de kathodezijde, en genereert excitonen die licht tussen de p- en n-gedopte gebieden uitstoten. Daarom weerspiegelt de emissiekleur de emissiegolflengte van de excitonen (=fluorescentie) van de FCP.
Stabile witte lichtemissie is belangrijk voor verlichtingstoepassingen, en kleurmengtechnieken die twee of meer emitters gebruiken, zijn veel gebruikt om dit te bereiken.10-14 Onlangs presenteerden we een andere aanpak voor het verkrijgen van stabiele witte lichtemissie, met behulp van een actieve laag die blauw-fluorescerende poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) en π-geconjugeerde aromatische amine bevat15. Deze witte lichtemissie komt van excitplexen die worden gevormd tussen PFD en amine moleculen in aangeslagen toestanden. Exciplex emissie heeft een breder spectrum vergeleken met de exciton emissie van de PDF en/of amine, wat het een kleur geeft die dicht bij die van natuurlijk licht ligt. Dit vertaalt zich naar een hogere kleurweergave-index (CRI), wat voor verlichtingstoepassingen preferabel is.
In dit artikel beschrijven de auteurs de procedure die wordt gebruikt om de excitplex gebaseerde LECs te fabriceren en tonen ze de stabiliteit van hun witte lichtemissie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Bereiding van Active Layer Solutions
- Actieve laag oplossing van het amine gedoteerde PFD apparaten
OPMERKING: De PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftyl (fenyl) amino] trifenylamine (2-TNATA), 9,9-dimethyl- N, N'-di (1-naftyl) - N , N 'difenyl-9H-fluoreen-2,7-diamine (DMFL-NPB), poly (ethyleenoxide) (PEO), werden gebruikt zoals ontvangen. Het kaliumgehalte trifluormethaansulfonaat (K 2 CF 3 SO 3) werd gedroogd onder vacuüm bij 200 ° C gedurende 1 uur vóór gebruik.- Voor inrichtingen met een PFD: amine-verhouding van 1: 0,25, los 10 mg PFD en 2,5 mg van het aromatische amine in 1 ml chloroform en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C. Voor die met een PFD: amine-verhouding van 1: 1, gebruik 10 mg van het aromatische amine.
- Afzonderlijk werd 10 mg los van PEO in 1 ml cyclohexanon en roer gedurende 1 uur bij 60 ° C, en los 2,5 mg kalium-trifluormethaansulfonaat (KCF 3 SO 3) in 1ml cyclohexanon en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C.
- Voeg 0,78 ml van de PEO-oplossing en 0,147 ml van de KCF 3 SO 3 oplossing van de PFD oplossing met micropipetten. Roer de gemengde oplossing gedurende 4 uur bij 40 ° C.
- Filtreer de gemengde oplossing met een membraanfilter vóór het coaten draaien.
- Actieve laag oplossing ongedoteerde PFD inrichting
- Voor ongedoteerde PFD apparaat los 10 mg PFD in 1 ml chloroform en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C. De stappen die volgen zijn dezelfde als eerder beschreven voor de amine gedoteerde PFDs in 1.1.2 - 1.1.4.
2. Fabricage van LEC Devices
OPMERKING: Fabrikatieprocess LEC inrichtingen wordt samengevat in figuur 1.
- Ultrasoon reinigen gevormde indium-tinoxide (ITO) glasplaten met verdund detergent, gevolgd door gedeïoniseerd water, aceton en 2-propanol met eendesktop ultrasoonbad (38 kHz) gedurende 3 minuten voor elke stap. Ten slotte wordt het oplosmiddel met behulp van een N 2 blower.
- Behandel de substraten met UV / O 3 gedurende 3 min met UV / O3 bewerkingseenheid volgens het protocol van de fabrikant. Voer de actieve laag bekledingsproces onder een inerte atmosfeer in een handschoenkast.
- Stel gereinigde substraat op het hoofd van een spin coater. Verdeel ongeveer 100 pl van de actieve laag oplossing met een micropipet. Spin de ondergrond als volgt: 800 rpm gedurende 60 seconden, verhoging van het tarief tot 1.000 toeren per minuut meer dan 3 seconden, dan draaien op 1000 rpm gedurende 10 sec. De actieve laagdikte is ongeveer 150 nm.
- Droog de gecoate substraten in het dashboardkastje 's nachts.
- Veeg overtollige polymeer om een goede elektrode verbinding en inkapseling te waarborgen.
- Plaats de substraten op verdamping houder afzetting van aluminium. Laad de houder in de verdampingskamer en thermisch een 100 nm laag aluminium deponerenop een verdamping van 0,4 nm / sec door middel van een roestvrijstalen verdamping masker, waarvan 3 mm brede openingen voor het deponeren van de aluminium teller elektroden.
- Wanneer afzetting is voltooid, breng de apparaten op een handschoenenkast onder inerte atmosfeer. Breng een strook UV hardbare epoxyhars in de vorm van een rechthoek met een dispenser. Plaats een dekglaasje (15 mm x 12 mm x 0,7 mm dik) aan de hars om het apparaat kapselen (zie figuur 1).
- Genezen van de hars met behulp van UV-straling (cumulatieve dosis: 6000 mJ / cm2, golflengte: 365 nm) van een UV-LED-lichtbron.
3. Analyse
- JVL metingen
OPMERKING: De stroomdichtheid (J) -Voltage (V) -luminance (L) (JVL) kenmerken en Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) coördinaten werden gemeten met een spectrale fotodetector met een gelijkspanning stroombron monitor. De meting wordt geregeld door eenPC met een custom control software voor data-acquisitie. Het systeem werd gekalibreerd volgende protocol van de fabrikant en metingen werden uitgevoerd in het donker onder een zwart gordijn.- Sluit de aansluitingen met de contacten van het apparaat met krokodillenklemmen. Plaats het apparaat op de meting podium.
- Run de besturingssoftware voor data-acquisitie. Het systeem controleert de aangelegde spanning en stroom in de tijd en verzamelt de emissiespectra van de spectrometer door een optische vezel.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De elektroluminescentie (EL) spectra werden gebruikt om de CIE coördinaten en CRI waarden (figuren 2, 4, 5) te berekenen. Fotografische beelden van de inrichtingen werden verzameld om de witheid van de emissie (figuur 3) te controleren.
De EL-spectra van het amine gedoteerde PFD apparaten en de ongedoteerde PFD onderdeel weergegeven in figuur 2. Ongedoteerde PFD apparaat toond...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De LEC heeft een actieve laag die hydrofobe PFD en aromatische aminen, en hydrofiele polyethyleenoxide en KCF 3 SO 3. Omdat deze materialen hebben verschillende oplosbaarheden, zorgvuldige voorbereiding van de spin bekledingsoplossing kritisch onvolledige solvatatie voorkomen. Elk eerst afzonderlijk en volledig opgelost in oplosmiddelen met voldoende oplossend vermogen dan de oplossingen worden samen gemengd om een uniform mengsel te vormen. Afweging van de exciton en exiplex uitstoot is de sleut...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door een Grant-in-Steun voor Wetenschappelijk Onderzoek (nr 24225003). Dit werk werd financieel ondersteund door de JX Nippon Oil & Energy Corporation.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) | Aldrich | 571660 | |
| 4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(fenyl)amino] trifenylamine (2-TNATA) | Aldrich | 768669 | |
| 9,9-Dimethyl-N,N’-di(1-nafthyl)-N,N’-difenyl-9H-fluoreen-2,7-diamine (DMFL-NPB) | Aldrich | ||
| Poly(ethyleenoxide) (PEO) | Aldrich | 182028 | |
| Kalium tirifluoromethaansulfonaat (KCF3SO3) | Aldrich | 422843 | gedroogd onder vacuüm bij 200 °C gedurende 2 uur vóór gebruik |
| Chloroform | Kanto Chemical Co. | 08097-25 | gedehydrateerd |
| Cyclohexanon | Kanto Chemical Co. | 07555-00 | |
| SCAT 20-X (detergent) | Daiichi Kogyo Seiyaku | verdund met water | |
| Aceton | Kanto Chemical Co. | 01866-25 | Elektronica kwaliteit |
| 2-propanol | Kanto Chemical Co. | 32439-75 | Elektronica kwaliteit |
| 13 mm GD/X wegwerpfilterapparaat PVDF-filtermedia, polypropyleenbehuizing | Whatman | 6872-1304 | |
| UV/O3 behandelingseenheid | SEN Lights Co. | SSP16-110 | |
| Spectral fotodetector | Otsuka Electronics | MCPD 9800 | |
| Voltage-stroombronmonitor | ADCMT | 6241A | |
| Verdampingsmasker | Tokyo Process Service Co., Ltd. | NA | Het verdampingsmasker werd nat geëtst om openingen te creëren voor gepatterreerde afzetting van aluminium. De afmetingen van het masker zijn 100 mm x 100 mm x 0.2 mm-dik. |
Referenties
- Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
- 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).
- Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
