Artykuł metodologiczny

Produkcja i charakterystyka organicznych diod elektroluminescencyjnych osadzanych próżniowo

10.9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56593

⸱

16 listopada 2018

 ,  , 
1Physics Department, Durham University, 2Faculty of Chemistry, Silesian University of Technology, 3Centre of Polymer and Carbon Materials, Polish Academy of Science

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiono protokół produkcji prostych strukturalnych organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED).

Streszczenie

Przedstawiono metodę produkcji prostych i wydajnych, aktywowanych termicznie organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED) z opóźnioną fluorescencją na bazie emiterów typu guest-host lub exciplex donor-acceptor. Dzięki procedurze krok po kroku czytniki będą mogły powtarzać i produkować urządzenia OLED oparte na prostych emiterach organicznych. Pokazano procedurę wzorowania pozwalającą na stworzenie spersonalizowanego kształtu tlenku indu i cyny (ITO). Następnie następuje odparowanie wszystkich warstw, hermetyzacja i charakterystyka każdego urządzenia z osobna. Ostatecznym celem jest przedstawienie procedury, która da możliwość powtórzenia informacji przedstawionych w cytowanej publikacji, ale także z wykorzystaniem różnych związków i struktur w celu przygotowania wydajnych diod OLED.

Wprowadzenie

Elektronika organiczna łączy wszystkie dziedziny, od chemii po fizykę, przechodząc przez materiałoznawstwo i inżynierię, w celu ulepszenia obecnych technologii w kierunku bardziej wydajnych i stabilnych struktur i urządzeń. Organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED) to technologia, która w ciągu ostatnich kilku lat wykazała znaczną poprawę, zarówno pod względem wydajności, jak i stabilności1,2. Raporty mówią, że branża wyświetlaczy OLED może wzrosnąć z 16 miliardów dolarów w 2016 roku do około 40 miliardów dolarów do 2020 roku i ponad 50 miliardów do 2026 roku3. Znajduje również zastosowanie w oświetleniu ogólnym i mikrowyświetlaczach montowanych na głowie dla rzeczywistości rozszerzonej4. Zastosowania takie jak czujniki organiczne do zastosowań biomedycznych są obecnie bardziej futurystyczne, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące zarówno wysokiej luminancji, jak i stabilności5. Trend ten potwierdza potrzebę ulepszania struktur urządzeń, które zawierają bardziej wydajne cząsteczki przy mniejszym zużyciu zasobów naturalnych. Lepsze zrozumienie procesów nieodłącznie związanych z materiałami używanymi do produkcji diod OLED ma również ogromne znaczenie przy ich projektowaniu.

OLED to wielowarstwowy organiczny stos umieszczony pomiędzy dwiema elektrodami, z których co najmniej jedna jest przezroczysta. Każda warstwa, zaprojektowana zgodnie z ich najwyższym zajętym orbitalem molekularnym (HOMO) i najniższym niezajętym orbitalem molekularnym (LUMO) oraz ich wewnętrzną ruchliwością, ma określoną funkcję (wstrzyknięcie, blokadę i transport) w całym urządzeniu. Mechanizm opiera się na przeciwstawnych nośnikach ładunku (elektronach i) przemieszczających się przez urządzenie, gdzie spotykają się w określonej warstwie, rekombinują, tworząc ekscytony, a z dezaktywacji tych ekscytonów następuje emisja fotonu6. Ten foton będzie cechą charakterystyczną warstwy, w której odbywa się dezaktywacja7,8,9. Tak więc, w oczekiwaniu na strategie projektowania molekularnego, różne emitery czerwone, zielone i niebieskie mogą być syntetyzowane i stosowane do stosu. Łącząc je razem, można również wyprodukować białe urządzenia10,11. Warstwa emitująca stos OLED jest zwykle oparta na systemie gość-host (G-H), w którym gość jest rozpraszany w hoście, aby uniknąć wygaszania światła9 i reakcje obok siebie12.

Istnieje kilka sposobów na to, aby cząsteczki emitowały światło, z termicznie aktywowaną opóźnioną fluorescencją (TADF) wprowadzoną niedawno13,14,15. TADF pozwolił na zwiększenie sprawności zewnętrznej urządzeń z 5% typowego emitera fluorescencji do 30% poprzez zbieranie trypletów poprzez mały singlet-tryplet - rozszczepianie energii w procesie zwanym odwrotnym skrzyżowaniem międzysystemowym (rISC). Istnieje kilka sposobów na tworzenie wydajnych diod OLED opartych na TADF: jednym z najczęściej spotykanych w literaturze jest system G-H, w którym stan emisyjny jest tworzony przez pojedynczą cząsteczkę16,17,18. Drugi system wykorzystuje emiter ekscypleksu utworzony między cząsteczkami donora elektronów (D) i akceptora elektronów (A), które są po prostu nazywane układem donor-akceptor (DAA)15,19,20,21; Zgłoszono niewielki zakres materiałów i urządzeń TADF, dający bardzo wysokie zewnętrzne uzyski kwantowe14, osiągając wartości, na przykład, 19% EQE22, co wyraźnie wskazuje, że występuje bardzo wydajne zbieranie trypletów i że możliwa jest 100% wewnętrzna wydajność kwantowa. W tych diodach OLED opartych na TADF należy zachować ostrożność przy wyborze odpowiedniego materiału hosta, ponieważ polaryzacja otoczenia może zmienić stan przeniesienia ładunku (CT) z lokalnego stanu wzbudzonego (LE), zmniejszając w ten sposób mechanizm TADF. Procedura, którą należy wziąć pod uwagę, jest podobna do innych emiterów fluorescencyjnych23. Takie urządzenia mają stosunkowo prostą strukturę stosu, zwykle od 3 do 5 warstw organicznych i bez potrzeby struktury p-i-n24, co skutkuje bardzo niskimi napięciami włączania rzędu 2,7 V i maksymalną grubością około 130 nm dla wszystkich warstw organicznych, aby zagwarantować dobry bilans ładowania.

Niezależnie od właściwości materiałów, produkcja wielowarstwowych stosów może opierać się na próżniowym odparowywaniu termicznym (VTE) lub powlekaniu spinowym, co jest częstsze dla małych cząsteczek. Wymaga precyzyjnej kontroli temperatury, ciśnienia, środowiska, szybkości i grubości każdej warstwy. W przypadku emisji warstw G-H należy kontrolować szybkość współparowania, aby uzyskać pożądane proporcje. Niezwykle ważne jest również czyszczenie podłoży używanych w OLED-ach, co może skutkować niedziałającymi urządzeniami lub nierównomiernymi emisjami w całym emitującym pixel25.

Dlatego ten artykuł ma na celu omówienie wszystkich etapów przygotowania, produkcji i charakterystyki urządzeń organicznych oraz ma na celu pomóc nowym specjalistom w zakresie starannego protokołu wymaganego dla wysokiej wydajności i równomierności emisji. Polega ona na użyciu DPTZ-DBTO2 (2,8-Bis(10H-phenothiazyno-10-ylo)dibenzotiofen-S,S-dwutlenek) jako emitującego gościa w systemie TADF G-H16,26. Podobne metody można również zastosować do tworzenia układów D-A opartych na ekscypleksie przy użyciu DtBuCz-DBTO2 (2,8-Bis(3,6-di-tert-butyl-9H-karbazol-9-ylo)dibenzotiofen-S,S-dwutlenek) w TAPC (4,4′-Cykloheksylidenebis[N,N-bis(4-metylofenylo)benzenamina])15, gdzie główną różnicą w procedurze jest stosunek stężeń warstwy emisyjnej, ale znacząco zmienia charakter emisji (emisja CT pojedynczej cząsteczki vs CT ekscypleksu emisji spalin). Opisany tutaj system G-H posiada jednocząsteczkowy emiter CT i polega na odparowaniu 5 warstw z 3 materiałami organicznymi i 2 nieorganicznymi. Urządzenie składa się z tlenku indu i cyny (ITO) jako anody, 40 nm N,N′-di(1-naftylo)-N,N′-difenylo-(1,1′-bifenylo)-4,4′-diaminy (NPB) jako warstwy transportowej otworu (HTL) i łącznie 20 nm 4,4′-bis(N-karbazolilo)-1,1′-bifenylu (CBP) z 10% DPTZ-DBTO2 jako warstwy emitującej na bazie systemu G-H. 60 nm 2,2′,2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-fenylo-1 H-benzimidazol) (TPBi) jest następnie stosowane jako warstwa transportu elektronów (ETL) i 1 nm florku litu (LiF) jako warstwa iniekcji elektronów (EIL). 100 nm aluminium (Al) finalizuje urządzenie jako katodę. Schemat całej procedury znajduje się na rysunku 1. Grubości substancji organicznych zostały dobrane tak, aby były podobne do innych urządzeń stosowanych w literaturze. Ruchomość każdej warstwy musi być dokładnie zbadana, aby zapewnić dobre zrównoważenie nośnika wewnątrz warstwy. Działanie LiF opiera się na efekcie tunelowania, tj. nośniki przemieszczają się przez tunele wypełnionego LiF, zapewniając lepsze wtryskiwanie do warstw transportowych. Oznacza to, że wymagane są cienkie warstwy (od 0,8 do 1,5 nm)27. Warstwa Al musi być wystarczająco gruba, aby zapobiec utlenianiu (70 nm to minimalne wymaganie).

Protokół

UWAGA: Poniższa procedura wymaga użycia różnych rozpuszczalników, dlatego należy zachować odpowiednią ostrożność podczas ich używania. Należy używać środków ochrony przeciwdymnej i ochrony osobistej (rękawice, fartuch laboratoryjny). Aby zapewnić jakość odparowywanych urządzeń, zaleca się, aby cała procedura była wykonywana w czystym środowisku (takim jak czyste pomieszczenie i/lub komora rękawicowa). Przed użyciem każdego sprzętu/materiału należy zapoznać się z kartami charakterystyki.

1. Wzorzec ITO

  1. Równomiernie pokryć podłoże z tlenku indu i cyny (24 x 24mm2, podłoża szklane powlekane ITO o rezystancji arkusza 20 Ω/cm2 i grubości ITO 100 nm) za pomocą pipety. Wiruj z prędkością 500 obr./min przez 5 s, a następnie 4000 obr./min przez 45 s.
  2. Wyżarzać podłoża na płycie grzejnej przez co najmniej 5 minut w temperaturze 95 °C. Zapewni to, że cały pozostały rozpuszczalnik odparuje, tworząc jednolity film.
  3. Umieść maskę z paskami o średnicy 4 mm (lub żądanym wzorem) na podłożu ITO pokrytym powłoką rezystancyjną. Wystaw na działanie lampy UV o mocy 8 W 365 nm przez 50 s.
  4. Umieść podłoże ITO w roztworze wywoływacza (1 część wywoływacza: 2 części wody dejonizowanej (DI)) na 60 sekund.
  5. Ostrożnie płucz podłoże przez około 10 s butelką do mycia zawierającą wodę DI, trzymając podłoże pęsetą. Osusz pozostałą wodę za pomocą pistoletu pneumatycznego.
  6. Podgrzewać podłoże ITO na płycie grzejnej w temperaturze 95 °C przez co najmniej 15 minut.
  7. Usuń fotorezyst z krawędzi podłoża i pomiędzy paskami za pomocą bawełnianego wacika nasączonego acetonem.
  8. Usunąć ITO za pomocą mieszaniny kwasu solnego i kwasu azotowego (20:1 v/v), pozostawić na 5 minut w temperaturze pokojowej.
  9. Płukać wodą DI przez 10 s i usunąć resztę fotorezystu acetonem.

2. Czyszczenie podłoża

  1. Weź dwa wzorzyste podłoża ITO, spłucz przez około 10 s acetonem i przetrzyj nieporowatym arkuszem papieru lub wysusz pistoletem do azotu.
  2. Za pomocą pęsety całkowicie zanurz podłoża w pojemniku z acetonem. Umieść go w łaźni ultradźwiękowej (320 W, 37 kHz) na 15 min.
  3. Teraz zanurz podłoża w pojemniku z alkoholem izopropylowym (IPA, 2-propanol). Umieść pojemnik w kąpieli ultradźwiękowej na kolejne 15 minut.
  4. Wyjąć pojemnik z kąpieli ultradźwiękowej, a następnie podłoża z kąpieli IPA i wysuszyć pistoletem do azotu. Sprawdź wzrokowo podłoża, aby zobaczyć, czy nie ma stałych pozostałości lub smug. Jeśli tak, należy powtórzyć czynności od ppkt 2.1.
  5. Otwórz przepływ w zbiorniku tlenu do szybkości około 50 jednostek. Użyj myjki plazmowej (100 W, 40 kHz), aby czyścić podłoża ITO przez 6 minut przy przepływie tlenu 2.5 l/h, upewniając się, że ITO jest skierowane do góry.
  6. Wyjmij substraty z komory plazmowej i przymocuj je do uchwytu substratu. Zostaną użyte dwie maski: (A) do odparowania wszystkich warstw organicznych oraz (B) do odparowania aluminium (Rysunek 1). Dla uproszczenia, w tym protokole maska A jest przymocowana do uchwytu podłoża

3. Przygotowanie komory parowania

  1. Włóż uchwyt podłoża, maskę A i maskę B do komory parowania. W zależności od rodzaju systemu odparowującego, umieść uchwyt substratu z maską A na półce do osadzania, a maskę B na półce 1.
  2. Dodaj organiczny proszek ze wszystkich różnych materiałów użytych do tego urządzenia w różnych tyglach z tlenku glinu, upewniając się, że powierzchnia jest nim pokryta. W takim przypadku dodaj NPB, DPTZ-DBTO2, CBP i TPBi do 4 różnych tygli z tlenku glinu o pojemności 10 ml. Dodać LiF do jednego tygla o pojemności 5 ml i kawałki aluminium (Al) do pełnego do połowy tygla wysokotemperaturowego o pojemności 5 ml z azotku boru.
  3. Weź pod uwagę położenie tygla organicznego z odpowiednim czujnikiem mikrowagi kwarcowej (QCM), który poda rzeczywistą wartość grubości. W przypadku parowania w układzie D-A i G-H należy przeprowadzić proces współparowania. Dlatego, aby kontrolować proces ko-parowania, zarówno DPTZ-DBTO2, jak i CBP (TADF OLED) lub DtBuCz-DBTO2 i TAPC (Exciplex OLED) muszą być kontrolowane przez różne QCM. W tym przypadku pozycje odpowiednich związków są przedstawione w Rysunek 2.
  4. Zamknij komorę i rozpocznij procedurę próżniową (znaną również jako odpompowywanie). Poczekaj, aż ciśnienie P <1·10-5 mbar rozpocznie parowanie.

4. Parowanie warstw organicznych

UWAGA: Dla wszystkich substancji organicznych, nie przekraczaj szybkości parowania 2 A/s, ponieważ powoduje to zwiększoną chropowatość i zmniejszoną jednorodność warstw. Do pewnego momentu może to skutkować nierównomiernymi emisjami, a nawet zwarciami.

  1. Włącz przepływ wody, aby zapewnić wystarczające chłodzenie elementów.
  2. Włącz obrót podłoża z prędkością 10 obrotów na minutę (obr./min), aby zapewnić osadzanie jednolitych warstw.
  3. Podgrzej wstępnie tygiel NPB, włączając regulator temperatury systemu i otwórz jego żaluzję. Można to zrobić za pomocą oprogramowania VTE, którym dysponuje użytkownik. Rozpocznij parowanie (otwórz żaluzję osadu), gdy szybkość ustabilizuje się na poziomie około 1 A/s. Odparować warstwę o grubości 40 nm, zamknąć migawkę, poczekać, aż tygiel ostygnie, aby rozpocząć następny proces.
  4. W podobny sposób jak w ppkt 4.3 podgrzej wstępnie CBP i DPTZ-DBTO2 i otwórz ich żaluzje w celu współodparowania. W zależności od końcowego stężenia warstwy należy stosować różne dawki związków.
    1. W przypadku warstwy emisyjnej 10% rozpocznij parowanie, gdy szybkość ustabilizuje się około 2,0 A/s dla CBP i 0,22 A/s dla DPTZ-DBTO2. Otwórz żaluzję depozytową, gdy szybkość zostanie osiągnięta.
    2. Odparować warstwę o grubości 20 nm zawierającą 18 nm CBP i 2 nm DPTZ-DBTO2, zamknąć migawkę, poczekać, aż tygiel ostygnie, aby rozpocząć następny proces.
  5. Podgrzej TPBi i otwórz jego migawkę. Rozpocznij parowanie (otwórz żaluzję osadu), gdy szybkość ustabilizuje się na poziomie około 1 A/s. Odparować warstwę o grubości 60 nm, zamknąć migawkę, poczekać, aż tygiel ostygnie, aby rozpocząć następny proces.
  6. Podgrzej LiF, rozpocznij parowanie (otwórz żaluzję parowania), gdy szybkość ustabilizuje się na poziomie około 0,2 A/s. Nie przekraczać szybkości parowania 0,5 A/s. Odparować warstwę o grubości 1 nm, zamknąć migawkę, poczekać, aż tygiel ostygnie, aby rozpocząć następny proces.
  7. Wyłącz obracanie podłoża.
  8. Wymień maskę A na uchwycie podłoża na maskę B. W razie potrzeby odpowietrzyć komorę parowania. W przypadku wentylacji komora musi zostać przepompowana w dół przed kontynuacją procedury. W tym protokole maska A jest nakładana na maskę B.
  9. Włącz obrót podłoża, tj. 10 obr./min.
  10. Podgrzej Al, rozpocznij parowanie (otwórz żaluzję osadu), gdy szybkość ustabilizuje się na poziomie około 1 A/s. Nie przekraczać szybkości parowania 2 A/s. Odparować warstwę o grubości 100 nm, zamknąć migawkę, poczekać, aż tygiel ostygnie.
  11. Odpowietrzyć i otworzyć komorę. Usuń uchwyt podłoża za pomocą zdeponowanych urządzeń.
    UWAGA: Po odparowaniu uzyskuje się 4 piksele o dwóch różnych rozmiarach, jak pokazano w Rysunek 1: 2x4 i 4x4 cm2. Zapewnia to powtarzalność podczas skalowania urządzeń. Poziom defektów może być również bardziej widoczny w większych pikselach11.

5. Obudowa OLED

UWAGA: Ta sekcja nie jest obowiązkowa do analizy OLED-ów, chociaż jest wysoce zalecana. Aby zapewnić ich jakość, ważne jest również, aby ta sekcja była wykonywana w kontrolowanym środowisku.

  1. Usuń podłoża z uchwytu podłoża. Umieść je na stoliku do hermetyzacji, tak aby odparowane folie były skierowane do przodu.
  2. Przygotuj rurkę z żywicą i narzędzia dyspergujące. Przykręć odpowiednią końcówkę po jednej stronie rurki, a pistolet ciśnieniowy po drugiej stronie rurki.
  3. Naciśnij pistoletem, aby rozproszyć żywicę. Narysuj kwadraty, które obejmują wszystkie odparowane piksele (Rysunek 2).
  4. Umieść szklankę do kapsułkowania na każdym kwadracie żywicy.
  5. Podłoża utwardzane promieniami UV za pomocą żywicy i szkła hermetyzacyjnego tak długo, jak jest to wymagane przez producenta żywicy.

6. Charakterystyka OLED

  1. W razie potrzeby wyczyść paski ITO, które nie są pokryte szkłem do obudowy, wykałaczką z acetonem lub IPA, aby usunąć wszelkie osadzające się materiały organiczne przed podłączeniem do jednostki pomiarowej. Gwarantuje to dobry kontakt omowy między systemem pomiarowym a elektrodami.
  2. Skalibruj pomiar OLED zgodnie ze standardami NIST za pomocą wstępnie skalibrowanej lampy.
  3. Umieść diodę OLED w kuli integrującej, upewniając się, że styki są prawidłowo umieszczone (Rysunek 1). Upewnij się, że anoda (+) i katoda (-) są podłączone odpowiednio do padów ITO i Al. Blisko sfery integrującej.
  4. Zmierz krzywą I-V urządzenia oraz uzyskane widma luminancji i emisji przy różnych napięciach.
    1. Podłącz napięcie między dwoma zaciskami i zmierz prąd wyjściowy. Miernik luminancji mierzy jasność wyjściową.
    2. Korzystając z oprogramowania i odpowiedniego rozmiaru piksela, oblicz gęstość prądu (J), zewnętrzną wydajność kwantową (EQE), moc, wydajność wtyczki ściennej, strumień świetlny, wydajność świetlną (ƞP), wydajność prądową (ƞL), luminancję (L) i współrzędne Commission Internationale de L'Eclairage (CIE). Więcej informacji na temat tych wartości można znaleźć w reference15.
  5. Wykreślić J-V-L, EQE-J, ƞP-V- ƞL, EL-λ przy różnych napięciach i przeanalizować dane. Można to zrobić za pomocą oprogramowania do przetwarzania danych. Aby lepiej zrozumieć tę kwestię, skorzystaj z poniższej tabeli jako odniesienia do kreślenia.

Wyniki

Dane przedstawione na Rysunku 3 są dobrym przykładem różnych informacji, jakie można uzyskać poprzez analizę tego typu OLED-ów. Z Rysunku 3a można określić napięcie załączenia (napięcie, przy którym detektor zaczyna wykrywać światło emitowane przez urządzenie). W tym przypadku wynosi ono 4 V. Degradacja urządzenia spowodowana wysokimi napięciami jest widoczna, gdy luminancja ulega znacznemu zmniejszeniu (około 13 V). Degradacja zachodzi, gdy nośniki wstrzyknięte do urządzenia reagują z warstwami organicznymi, co prowadzi do zrywania wiązań i rozpadu cząsteczek. Degradacja urządzenia może być również związana ze stresem elektrycznym. Maksymalna luminancja tego urządzenia wynosi około 17000 cd/m2. Z Rysunku 3b wyznacza się maksymalną wartość E.Q.E. (około 7%) oraz roll-off, będący miarą stabilności elektrycznej urządzenia. Roll-off urządzenia definiuje się również jako spadek wydajności wraz ze wzrostem prądu płynącego przez nie. Aby porównać roll-off różnych urządzeń, zazwyczaj podaje się wartości EQE przy standardowej luminancji 100 i 1000 cd/m26. W tym przypadku są to odpowiednio 6,1 i 5,5%, co oznacza spadek o 9% i 20% w stosunku do wartości maksymalnej. Świadczy to o słabym roll-offie. Dobre wartości powinny mieścić się w przedziale od 0 do 5% aż do wysokich poziomów luminancji. Pozostałe wartości wydajności pokazano na Rysunku 3c jako dodatkowe dane do porównania z podobnymi typami urządzeń. Na koniec, widmo EL wykazuje maksimum przy 573 nm, co jest typową emisją zielono-żółtą (wstawka na Rysunku 3d). EL przy różnych napięciach może pomóc w zrozumieniu stabilności optycznej, t.j., miejsca, w którym zachodzi emisja. W tym przypadku, skoro najwyraźniej nie zmienia się ona wraz z przyłożonym napięciem, można założyć, że urządzenie jest optycznie stabilne. Sprawdzenie współrzędnych CIE (wstawka na Rysunku 3b) w funkcji napięcia jest innym sposobem pomiaru stabilności optycznej.

Schemat wykonania OLED; proces osadzania warstw z użyciem masek A i B; materiały NPB, CBP, TPBi.
Rysunek 1: Schemat zawierający wszystkie etapy przedstawione w tym protokole. Wszystkie warstwy organiczne oraz LiF są nanoszone metodą naparowania przy użyciu maski A. Po metalizacji (naparowaniu aluminium) można wytworzyć dwa zestawy urządzeń przy użyciu maski B: jeden o wymiarach 2x4 cm2 i drugi o wymiarach 4x4 cm2. Napięcie zostanie przyłożone pomiędzy ITO (anoda: +) a aluminium (katoda: - ), a następnie zmierzony zostanie prąd. Przedstawiono również przekrój struktury urządzenia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Schemat warstw organicznej diody elektroluminescencyjnej (OLED) z pozycjami czujników do badań fotonicznych.
Rycina 2: a) Schemat organicznych niskotemperaturowych (czarne) i nieorganicznych wysokotemperaturowych (niebieskie) źródeł materiału do umieszczenia w komorze próżniowej. Każdy materiał musi zostać umieszczony w wyznaczonym źródle z przypisanym w oprogramowaniu numerem grzania, ponieważ zostały one wcześniej zoptymalizowane dla każdego z omawianych materiałów. b) Czujniki QCM rozmieszczone w całej komorze. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wykresy wydajności OLED i widma emisji; gęstość prądu-napięcie-luminancja, wydajność EQE.
Rysunek 3: a) J-V-L, b) EQE-J, c) ƞP-V- ƞL, d) EL-λ przy różnych napięciach dla urządzenia w niniejszym badaniu. Zmiana współrzędnych CIE w zależności od napięcia przedstawiona jest na wstawce do rysunku b), natomiast zdjęcie urządzenia znajduje się na wstawce do rysunku d). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

KrzywaProszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.Skalay1Skalay2Skala
J-V-LVliniowyJdziennikLdziennik
ƞP-V-ƞLƞPdziennikƞLdziennik
EQE-JJdziennikEQEdziennik
EL- λλliniowyElektroluminescencjaliniowy

Tabela 1: Rozważane krzywe i powiązana skala dla unifikacji charakterystyki diod OLED.

Dyskusja

Niniejszy protokół ma na celu przedstawienie skutecznego narzędzia do modelowania, produkcji, enkapsulacji i charakteryzacji diod OLED opartych na warstwach emitujących lub emitujących ekscypleksy TADF o małej masie cząsteczkowej. Organiczne odparowywanie termiczne w próżni pozwala na wytwarzanie cienkich warstw (od kilku A do setek nm) zarówno materiałów organicznych, jak i nieorganicznych oraz wytwarzanie ścieżek rekombinacji nośników ładunku, z których będzie emitowane światło. Chociaż urządzenie jest wszechstronne, produkcja urządzenia jest dość ograniczona do parownika, tj. liczby dostępnych źródeł organicznych i nieorganicznych lub możliwości więcej niż jednego parowania w tym samym czasie (ko- i potrójne odparowanie jest bardzo powszechne, szczególnie w urządzeniach TADF). Bardziej zaawansowane systemy mogą pozwalać na odparowanie więcej niż 3 źródeł jednocześnie, co może być przydatne w zastosowaniach takich jak białe diody OLED28 do wyświetlaczy i oświetlenia ogólnego. Niemniej jednak musi zostać osiągnięty kompromis między złożonością urządzenia a jego wydajnością. Wielofunkcyjność tej procedury odparowywania pozwala również na przeprowadzanie różnych badań, które wykraczają poza tę pracę. Obejmują one wpływ grubości warstwy, stężenia domieszek, funkcjonalności warstw, a nawet badanie naturalnej ruchliwości nowych warstw. Precyzyjna kontrola nad szybkością pojedynczych i współodparowywanych warstw jest również kluczowa, ponieważ pozwala na tworzenie jednolitych warstw z kontrolowanymi, precyzyjnymi dawkami.

Zaleca się, aby wszystkie etapy tego protokołu były wykonywane w kontrolowanym środowisku i, co ważniejsze dla hermetyzacji, wewnątrz komory rękawicowej, aby uniknąć degradacji związanej z otoczeniem. Wreszcie, kula integrująca jest najbardziej pożądana, ponieważ zapewnia bardziej szczegółową analizę elektryczną i optyczną. Mając to na uwadze, w niniejszym protokole przedstawiono wszystkie etapy od teoretycznego wprowadzenia do produkcji i charakterystyki diod OLED opartych na TADF, podkreślając wszystkie te różne etapy, które umożliwiają produkcję stabilnych urządzeń, które po obudowie mogą działać przez długi czas.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować projektowi "Excilight", który otrzymał dofinansowanie z H2020-MSCA-ITN-2015/674990.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
N,N′-Di(1-naftylo)-N,N′-difenylo-(1,1′-bifenylo)-4,4′-diaminaNPBSigma Aldrich556696
4,4′-Bis(N-karbazolizlo)-1,1′-bifenylCBPSigma Aldrich699195
2,2′,2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-fenylo-1-H-benzimidazol)TPBiSigma Aldrich806781
Florek litu 99,995%LiFSigma Aldrich669431
Aluminium 99,999%AlAlfa Aesar14445
Aceton 99,9%AcetonSigma Aldrich439126
Alkohol izopropylowy 99,9IPASigma Aldrich675431
PhotoresistDOW Materiały elektroniczneMicroposit S1813
DeweloperDOW Electronic MaterialsMicroposit 351
Kwas solny 37%HClSigma Aldrich435570
Kwas azotowy 70%HNO3Sigma Aldrich258113
ŻywicaDeloKationbond GE680
Enkapsulacja kwadratowa szkło 15x15mmAgarAGL46s15-4
ITOPodłoża NaranjoWykonane na zamówienie
% do enkapsulacji

Bibliografia

  1. Tang, C. W., VanSlyke, S. A. Organic electroluminescent diodes. Applied Physics Letters. 51, 913-915 (1987).
  2. Shin, H., et al. Sky-Blue Phosphorescent OLEDs with 34.1% External Quantum Efficiency Using a Low Refractive Index Electron Transporting Layer. Advanced Materials. , 1-6 (2016).
  3. Tremblay, J. -F. The rise of OLED displays. C&EN. , Available from: http://cen.acs.org/articles/94/i28/rise-OLED-displays.html (2016).
  4. Bardsley, N., et al. Solid-State Lighting R&D Plan. , (2016).
  5. Richter, B., Vogel, U., Herold, R., Fehse, K., Brenner, S., Kroker, L., Baumgarten, J. Bidirectional OLED Microdisplay: Combining Display and Image Sensor Functionality into a Monolithic CMOS chip. IEEE. 314, (2011).
  6. Sa Pereira, D., Data, P., Monkman, A. P. Methods of Analysis of Organic Light Emitting Diodes. Display and Imaging. 2, 323-337 (2017).
  7. Lin, T. -A., et al. Sky-Blue Organic Light Emitting Diode with 37% External Quantum Efficiency Using Thermally Activated Delayed Fluorescence from Spiroacridine-Triazine Hybrid. Advanced Materials. , (2016).
  8. Dos Santos, P. L., Ward, J. S., Bryce, M. R., Monkman, A. P. Using Guest-Host Interactions to Optimize the Efficiency of TADF OLEDs. Journal of Physical Chemistry Letters. 7, 3341-3346 (2016).
  9. Jou, J. -H., Kumar, S., Agrawal, A., Li, T. -H., Sahoo, S. Approaches for fabricating high efficiency organic light emitting diodes. Journal of Materials Chemistry. C. 3, 2974-3002 (2015).
  10. de Sa Pereira, D., et al. An optical and electrical study of full thermally activated delayed fluorescent white organic light-emitting diodes. Scientific Reports. 7, (2017).
  11. Pereira, D., Pinto, A., California, A., Gomes, J., Pereira, L. Control of a White Organic Light Emitting Diode's emission parameters using a single doped RGB active layer. Materials Science and Engineering: B. 211, 156-165 (2016).
  12. Data, P., et al. Evidence for Solid State Electrochemical Degradation Within a Small Molecule OLED. Electrochimica Acta. 184, 86-93 (2015).
  13. Uoyama, H., Goushi, K., Shizu, K., Nomura, H., Adachi, C. Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence. Nature. 492, 234-238 (2012).
  14. Goushi, K., Yoshida, K., Sato, K., Adachi, C. Organic light-emitting diodes employing efficient reverse intersystem crossing for triplet-to-singlet state conversion. Nature Photonics. 6, 253-258 (2012).
  15. Jankus, V., et al. Highly efficient TADF OLEDs: How the emitter-host interaction controls both the excited state species and electrical properties of the devices to achieve near 100% triplet harvesting and high efficiency. Advanced Functional Materials. 24, 6178-6186 (2014).
  16. Etherington, M. K., et al. Regio- and conformational isomerization critical to design of efficient thermally-activated delayed fluorescence emitters. Nature Communications. 8, 14987(2017).
  17. Okazaki, M., et al. Thermally activated delayed fluorescent phenothiazine-dibenzo[a,j]phenazine-phenothiazine triads exhibiting tricolor-changing mechanochromic luminescence. Chemical Science. 8, 2677-2686 (2017).
  18. Suzuki, Y., Zhang, Q., Adachi, C. A solution-processable host material of 1,3-bis{3-[3-(9-carbazolyl)phenyl]-9-carbazolyl}benzene and its application in organic light-emitting diodes employing thermally activated delayed fluorescence. Journal of Materials Chemistry. C. 3, 1700-1706 (2015).
  19. Data, P., et al. Efficient p-phenylene based OLEDs with mixed interfacial exciplex emission. Electrochimica Acta. 182, 524-528 (2015).
  20. Data, P., et al. Exciplex Enhancement as a Tool to Increase OLED Device Efficiency. Journal of Physical Chemistry C. 120, 2070-2078 (2016).
  21. Data, P., et al. Dibenzo[a,j]phenazine-Cored Donor-Acceptor-Donor Compounds as Green-to-Red/NIR Thermally Activated Delayed Fluorescence Organic Light Emitters. Angewandte Chemie International Edition. 55, 5739-5744 (2016).
  22. Goushi, K., Adachi, C. Efficient organic light-emitting diodes through up-conversion from triplet to singlet excited states of exciplexes. Applied Physics Letters. 23306, 10-14 (2014).
  23. Dos Santos, P. L., et al. Engineering the singlet-triplet energy splitting in a TADF molecule. Journal of Materials Chemistry. C. 4, 3815-3824 (2016).
  24. He, G., et al. Very high-efficiency and low voltage phosphorescent organic light-emitting diodes based on a p-i-n junction. Journal of Applied Physics. 95, 5773-5777 (2004).
  25. Pereira, L. Organic light emitting diodes: the use of rare earth and transition metals. , Pan Stanford. 33-36 (2011).
  26. Dias, F. B., et al. The Role of Local Triplet Excited States in Thermally-Activated Delayed Fluorescence: Photophysics and Devices. Advanced Science. 3, 1600080(2016).
  27. Kim, Y. Power-law-type electron injection through lithium fluoride nanolayers in phosphorescence organic light-emitting devices. Nanotechnology. 19, 0-4 (2008).
  28. Reineke, S., Thomschke, M., Lüssem, B., Leo, K. White organic light-emitting diodes: Status and perspective. Reviews of Modern Physics. 85, 1245-1293 (2013).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Pr niowe naparowywanie termicznewzorowanie pod o y ITOprocedura czyszczenia plazmowegotechnika wsp naparowywaniametoda enkapsulacji urz dzeniacharakterystyka z u yciem sfery ca kuj cejzewn trzna wydajno kwantowapomiar wydajno ci wietlnejanaliza g sto ci pr du

Powiązane artykuły