Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Opracowanie wydajnych diod OLED na podstawie osadzania roztworu

2.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/61071

⸱

4 listopada 2022

 , 
1Department of Physics and i3N, Institute for Nanostructures, Nanomodulation and Nanofabrication, University of Aveiro, 2CeNTI, Centre for Nanotechnologies and Smart Materials

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentowany tutaj jest protokół wytwarzania wydajnych, prostych, osadzanych roztworem organicznych diod elektroluminescencyjnych o niskim współczynniku odbicia.

Streszczenie

Zastosowanie wysoce wydajnych emiterów organicznych opartych na koncepcji termicznie aktywowanej opóźnionej fluorescencji (TADF) jest interesujące ze względu na ich 100% wewnętrzną wydajność kwantową. Przedstawiono metodę osadzania roztworu do wytwarzania wydajnych organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED) opartych na emiterze TADF w prostej strukturze urządzenia. Ten szybki, tani i wydajny proces może być stosowany do wszystkich warstw emisyjnych OLED, które są zgodne z koncepcją host-gość. Opisano podstawowe kroki wraz z informacjami niezbędnymi do dalszej reprodukcji. Celem jest ustanowienie ogólnego protokołu, który można łatwo dostosować do głównych emiterów organicznych, które są obecnie badane i rozwijane.

Wprowadzenie

Wzrost wykorzystania elektroniki organicznej w życiu codziennym stał się niezaprzeczalną rzeczywistością. Wśród wielu zastosowań elektroniki organicznej, diody OLED są prawdopodobnie najbardziej atrakcyjne. Ich jakość obrazu, rozdzielczość i czystość kolorów sprawiły, że OLEDy stały się głównym wyborem w przypadku wyświetlaczy. Co więcej, możliwość uzyskania emisji na dużym obszarze w niezwykle cienkich, elastycznych, lekkich i łatwo dostrajalnych kolorystycznie diodach OLED znajduje zastosowanie w oświetleniu. Jednakże niektóre problemy technologiczne związane z procesem wytwarzania emiterów o dużej powierzchni opóźniły ich dalsze zastosowanie.

Wraz z powstaniem pierwszych diod OLED pracujących przy niskich napięciach przyłożonych1, zaprojektowano nowe paradygmaty oświetlenia w stanie stałym, choć charakteryzowały się one niską zewnętrzną wydajnością kwantową (EQE). EQE diody OLED uzyskuje się jako stosunek emitowanych fotonów (światła) do wstrzykniętych nośników elektrycznych (prądu elektrycznego). Prosta teoretyczna ocena maksymalnej oczekiwanej EQE jest równa ηout x ηint 2. Wydajność wewnętrzną (ηint) można przybliżyć wzorem ηint = γ x Równanie przesunięcia Stokesa η_ST na schemacie fotoluminescencji dla analizy emisji spektralnej. x ΦPL, gdzie γ odpowiada czynnikowi równowagi ładunków, ΦPL to kwantowa wydajność fotoluminescencji (PLQY), a Równanie przesunięcia Stokesa η_ST na schemacie fotoluminescencji dla analizy emisji spektralnej. to wydajność generowania emisyjnych ekscytonów (par elektron-dziura). Wreszcie, ηout to wydajność wyjścia światła (outcoupling efficiency)2. Jeśli pominiemy wydajność wyjścia, uwaga skupia się na trzech kwestiach: (1) jak wydajny jest materiał w tworzeniu ekscytonów, które rekombinują radiacyjnie, (2) jak wydajne są warstwy emisyjne oraz (3) jak wydajna jest struktura urządzenia w promowaniu dobrze zbalansowanego układu elektrycznego3.

Czysty organiczny emitter fluorescencyjny charakteryzuje się wewnętrzną wydajnością kwantową (IQE) na poziomie zaledwie 25%. Zgodnie z regułami spinowymi przejście radiacyjne z poziomu tripletowego na singletowy (T→S) jest zabronione4. W związku z tym 75% wzbudzonych nośników ładunku elektrycznego nie przyczynia się do emisji fotonów5. Problem ten rozwiązano po raz pierwszy poprzez zastosowanie metali przejściowych w fosforyzujących organicznych emitterach w diodach OLED6,7,8,9,10, w których IQE wynosiła raportowo blisko 100%11,12,13,14,15,16. Jest to wynik sprzężenia spinowo-orbitalnego pomiędzy związkiem organicznym a ciężkim metalem przejściowym. Wadą takich emitterów jest ich wysoki koszt i słaba stabilność. Ostatnio doniesienia Adachiego17,18 dotyczące syntezy chemicznej czystego związku organicznego o niskiej różnicy energii między wzbudzonymi stanami tripletowym a singletowym (∆EST) stworzyły podstawy do nowej koncepcji. Chociaż nie jest ona nowa19, skuteczne zastosowanie procesu TADF w diodach OLED umożliwiło uzyskanie wysokich wydajności bez konieczności stosowania kompleksów metali przejściowych.

W takich organicznych emitterach bezmetalowych istnieje wysokie prawdopodobieństwo przejścia wzbudzonych nośników ze stanu tripletowego do stanu singletowego; w związku z tym wewnętrzna wydajność kwantowa (IQE) może osiągnąć teoretyczną granicę 100%5,20,21,22. Materiały TADF dostarczają ekscytonów, które mogą rekombinować radiacyjnie. Jednak emitery te wymagają dyspersji w macierzy gospodarza, aby uniknąć wygaszania emisji3,20,21,23,24, zgodnie z koncepcją gospodarz-gość. Ponadto ich wydajność zależy od tego, jak dobrze gospodarz (macierz organiczna) jest dopasowany do materiału gościa (TADF)25. Niezbędna jest również optymalizacja struktury urządzenia (tj. cienkich warstw, materiałów i ich grubości), aby uzyskać urządzenie zrównoważone elektrycznie (równowaga między dziurami a elektronami w celu uniknięcia strat)26. Osiągnięcie najlepszego systemu gospodarz-gość dla elektrycznie zrównoważonego urządzenia jest kluczowe dla zwiększenia zewnętrznej wydajności kwantowej (EQE). W systemach opartych na TADF nie jest to proste ze względu na zmiany ruchliwości nośników elektrycznych w warstwie emisyjnej (EML), których nie można łatwo dostroić.

W przypadku emiterów TADF łatwo jest uzyskać wartości EQE przekraczające 20%26,27,28,29. Jednak struktura urządzenia zazwyczaj składa się z trzech do pięciu warstw organicznych (odpowiednio warstw transportujących/blokujących dziury oraz transportujących/blokujących elektrony, HTL/HBL i ETL/EBL). Ponadto jest ono wytwarzane przy użyciu procesu odparowywania termicznego, który jest kosztowny, skomplikowany technologicznie i stosowany niemal wyłącznie w aplikacjach wyświetlanych. W zależności od poziomów HOMO (najwyższego zajętego orbitalu molekularnego) i LUMO (najniższego niezajętego orbitalu molekularnego), ruchliwości elektrycznej nośników oraz grubości, każda warstwa może wstrzykiwać, transportować i blokować nośniki elektryczne, gwarantując rekombinację w warstwie emisyjnej (EML).

Zmniejszenie złożoności urządzenia (np. do prostej struktury dwuwarstwowej) zazwyczaj prowadzi do wyraźnego spadku EQE, niekiedy do poziomu poniżej 5%. Dzieje się tak ze względu na różną ruchliwość elektronów i dziur w EML, co sprawia, że urządzenie staje się elektrycznie niezrównoważone. W konsekwencji, zamiast wysokiej wydajności tworzenia ekscytonów, wydajność emisji w EML staje się niska. Ponadto występuje wyraźny efekt roll-off, objawiający się silnym spadkiem EQE wraz ze wzrostem jasności, co wynika z wysokiej koncentracji ekscytonów przy wysokim przyłożonym napięciu oraz długiego czasu życia stanów wzbudzonych24,30,31. Przezwyciężenie tych problemów wymaga dużej możliwości manipulowania właściwościami elektrycznymi warstwy emisyjnej. W przypadku prostej architektury OLED z wykorzystaniem metod osadzania z roztworu, właściwości elektryczne EML można dostroić poprzez parametry przygotowania roztworu i parametry osadzania32.

Metody osadzania z roztworu w urządzeniach opartych na związkach organicznych były stosowane wcześniej31. Wytwarzanie OLED-ów, w porównaniu z procesem odparowania termicznego, budzi duże zainteresowanie ze względu na ich uproszczoną strukturę, niski koszt i możliwość produkcji na dużym obszarze. Dzięki dużym sukcesom w przypadku OLED-ów opartych na kompleksach metali przejściowych, głównym celem jest zwiększenie powierzchni emitującej przy jednoczesnym zachowaniu jak najprostszej struktury urządzenia33. Metody takie jak druk rolkowy (roll-to-roll, R2R)34,35,36, druk atramentowy37,38,39 oraz slot-die40 zostały z powodzeniem zastosowane w wielowarstwowym wytwarzaniu OLED-ów, co stanowi potencjalne podejście przemysłowe.

Mimo że metody osadzania z roztworu warstw organicznych stanowią dobry wybór w celu uproszczenia architektury urządzeń, nie wszystkie pożądane materiały można łatwo osadzić. Stosuje się dwa typy materiałów: małe cząsteczki oraz polimery. W metodach osadzania z roztworu małe cząsteczki wykazują pewne wady, takie jak słaba jednorodność cienkich warstw, krystalizacja oraz niestabilność. Dlatego najczęściej stosuje się polimery ze względu na ich zdolność do tworzenia jednorodnych cienkich warstw o niskiej chropowatości powierzchni na dużych, elastycznych podłożach. Ponadto materiały powinny charakteryzować się dobrą rozpuszczalnością w odpowiednim rozpuszczalniku (głównie organicznym, takim jak chloroform, chlorobenzen, dichlorobenzen itp.), wodzie lub pochodnych alkoholu.

Poza problemem rozpuszczalności, należy zagwarantować, aby rozpuszczalnik użyty w jednej warstwie nie działał jako rozpuszczalnik dla warstwy poprzedniej. Pozwala to na tworzenie wielowarstwowej struktury naniesionej metodą mokrą; istnieją jednak pewne ograniczenia41. W najbardziej typowej strukturze urządzenia stosuje się kilka warstw naniesionych z roztworu (np. warstwę emisyjną) oraz jedną warstwę naniesioną metodą naparowania termicznego (ETL). Ponadto homogeniczność i morfologia cienkiej warstwy silnie zależą od metod i parametrów nanoszenia. Transport ładunków elektrycznych przez te warstwy jest całkowicie determinowany przez taką morfologię. Niemniej jednak, należy rozważnie ustalić kompromis między pożądanym urządzeniem końcowym a kompatybilnością procesu wytwarzania. Dostosowanie parametrów nanoszenia jest kluczem do sukcesu, mimo że jest to praca czasochłonna. Na przykład metoda spin coatingu nie jest techniką prostą. Choć wydaje się ona łatwa, istnieje kilka aspektów formowania się cienkiej warstwy z roztworu na wirującym podłożu, które wymagają szczególnej uwagi.

Oprócz optymalizacji grubości filmu, manipulacji prędkością wirowania oraz czasem (grubość jest funkcją wykładniczego spadku obu tych parametrów), działania eksperymentatora muszą zostać odpowiednio dostosowane, aby uzyskać dobre wyniki. Prawidłowe parametry zależą również od lepkości roztworu, obszaru nanoszenia oraz zwilżalności/kąta zwilżania roztworu na podłożu. Nie istnieją uniwersalne zestawy parametrów. Pożądane wyniki uzyskuje się jedynie na podstawie podstawowych założeń z konkretnymi korektami dostosowanymi do danego roztworu i podłoża. Ponadto właściwości elektryczne, które zależą od konformacji molekularnej i morfologii warstwy, mogą zostać zoptymalizowane w celu osiągnięcia zamierzonych rezultatów zgodnie z opisanym tutaj protokołem. Po opanowaniu, proces ten jest prosty i wykonalny.

Niemniej jednak, zmniejszenie złożoności struktury urządzenia prowadzi do spadku maksymalnej wartości EQE; można jednak osiągnąć kompromis pomiędzy wydajnością a jasnością. Ponieważ taki kompromis umożliwia zastosowania praktyczne, zaletą może stać się wdrożenie prostego, niskokosztowego procesu, kompatybilnego z dużymi powierzchniami. Niniejszy artykuł opisuje te wymagania oraz sposób opracowania receptury pozwalającej rozwiązać związane z nimi problemy.

Protokół koncentruje się na zielonym emitery TADF 2PXZ-OXD [2,5-bis(4-(10H-fenoksazyn-10-ylo)fenylo)-1,3,4-oksadiazol]42 jako domieszce w matrycy gospodarza składającej się z PVK [poli(N-winylokarbazolu)] i OXD-7 [1,3-bis[2-(4-tert-butylfenylo)-1,3,4-oksadiazo-5-yl]benzenu], co stanowi warstwę emisyjną (EML). Wykorzystano warstwę transportu elektronów (ETL) z TmPyPb [1,3,5-tri(m-pirydyn-3-ylofenylo)benzenu]. Zoptymalizowano funkcje pracy zarówno anody, jak i katody. Anoda składa się z ITO (tlenku indu i cyny) z wysokoprzewodzącym polimerem PEDOT:PSS [poli(3,4-etylenodioxyotiofen)-poli(styrenosulfonianem)], natomiast katoda składa się z podwójnej warstwy aluminium i LiF (fluorku litu).

Na koniec zarówno PEDOT:PSS, jak i EML (PVK: OXD-7: 2PXZ-OXD) są nanoszone metodą spin coatingu, natomiast TmPyPb, LiF i Al są naniesione poprzez naparowanie termiczne. Biorąc pod uwagę przewodzący, metalopodobny charakter PEDOT:PSS, urządzenie to jest typową strukturą „dwuwarstwową organiczną” w możliwie najprostszej formie. W EML gość TADF (10% wt.) jest rozproszony w gospodarzu (90% wt.) składającym się z PVK0.6+OXD-70.4.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

UWAGA: Następujące kroki wymagają użycia różnych rozpuszczalników i materiałów organicznych, dlatego należy zachować odpowiednią ostrożność podczas obsługi. Używaj dygestorium i sprzętu ochronnego, takiego jak okulary laboratoryjne, maski na twarz, rękawice i fartuchy laboratoryjne. Ważenie materiałów powinno odbywać się precyzyjnie za pomocą precyzyjnej wagi. Aby zapewnić czystość podłoży, osadzanie cienkich warstw w roztworze i odparowywanie, zaleca się, aby wszystkie procedury były wykonywane w kontrolowanym środowisku lub w komorze rękawicowej. Przed użyciem wirownicy, mikropipet, parowników termicznych, materiałów organicznych i rozpuszczalników należy zapoznać się ze wszystkimi kartami charakterystyki.

1. Przygotowanie rozwiązania host-gość

  1. W dwóch małych fiolkach (o objętości od 4 do 6 ml, oczyszczonych izopropanolem i wysuszonych azotem) zważyć matrycę gospodarza składającą się z 12 mg PVK i 8 mg OXD-7. Zacznij od zważenia OXD-7. Skompensuj wszelkie odchylenia masy za pomocą PVK, aby uzyskać końcowy stosunek 6:4 (PVK:OXD-7). W drugiej fiolce odważyć 10 mg emitera 2PXZ-OXD TADF.
  2. Dodać 2 ml chlorobenzenu do fiolki z matrycą gospodarza i 1 ml do fiolki z materiałem TADF. Jeśli masa którejkolwiek z fiolek nie jest dokładnie zgodna z wartościami opisanymi powyżej, należy dostosować objętość chlorobenzenu w obu fiolkach, aby uzyskać roztwór o końcowym stężeniu 10 mg/ml.
  3. Pozostawić roztwory mieszając z małymi, oczyszczonymi mieszadłami magnetycznymi na co najmniej 3 godziny, aby zapewnić całkowite rozpuszczenie materiałów. Upewnij się, że fiolki są bezpiecznie pokryte odpowiednimi nakrętkami i szczelnie zamknięte bezpieczną folią chemiczną organiczną, aby uniknąć odparowania rozpuszczalników.

2. Czyszczenie podłoża

UWAGA: Aby poradzić sobie z podłożem, użyj pęsety, dotykając tylko w rogu (nigdy nie dotykaj środka podłoża). Użyte tutaj podłoża mają sześć wstępnie wzorzystych pikseli ITO (Rysunek 1A).

  1. Uzyskanie wstępnie wymodelowanych podłoży ITO. Podłoża należy czyścić w kąpieli ultradźwiękowej zawierającej 1% v/v roztwór Hellmanex w wodzie, acetonie i 2-propanolu (IPA), sekwencyjnie, przez 15 minut w każdej kąpieli. Pierwszą kąpiel należy wykonać w temperaturze około 95 °C, a pozostałą w temperaturze pokojowej (RT). Na koniec wysusz podłoża za pomocą topnika azotu, aby usunąć wszelkie pozostałości rozpuszczalnika czyszczącego.
  2. Przed wykonaniem należy wystawić podłoża (folia ITO skierowana do góry) na działanie ozonu UV przez 5 minut. Ostrożnie odekstrahuj gazy i upewnij się, że wzorzysta powierzchnia ITO jest wystawiona na działanie promieniowania UV. W tym przypadku użyj środka do czyszczenia ozonem (100 W, 40 kHz). Ustaw długość fali emisji lamp UV na 185 nm i 254 nm za pomocą lampy wyładowczej rtęciowej o wysokim natężeniu i niskim ciśnieniu.

3. Powłoka wirowa

To jest najważniejszy krok tego protokołu. Aby zapewnić jednorodność, jednorodność i brak w cienkich warstwach, wszystkie rozpuszczalniki muszą być filtrowane za pomocą odpowiedniej bibuły filtracyjnej. Należy zapewnić całkowite usunięcie nadmiaru rozpuszczalników z podłoży, aby uniknąć jakichkolwiek zwarć w urządzeniu końcowym. W przypadku zastosowanych tutaj podłoży usunięcie nadmiaru materiałów z wzorzystego ITO i katody jest również ważne dla utrwalenia końcowego piksela i powinno być wykonane z dużą precyzją, bez naruszania obszaru aktywnego piksela. Opisane poniżej czynności należy postępować zgodnie z procedurami wirowania cienkich warstw. Ostateczna grubość cienkiej warstwy będzie się różnić w przypadku użycia powlekarki wirowej innej niż zastosowana tutaj.

  1. Przygotuj sprzęt do powlekania wirowego.
    UWAGA: Przed użyciem powlekarki wirowej konieczne jest wykonanie kalibracji krzywej z parametrami osadzania i uzyskaną dla folii ostateczną grubością. Należy to zrobić dla każdego zastosowanego rozwiązania. Procedura polega na wykonaniu kilku osadzań dla tego samego roztworu, ale o różnych parametrach, a końcowa grubość jest mierzona za pomocą profilometru. Rysunek 2 pokazuje typową krzywą kalibracyjną dla aktywnej warstwy.
  2. Zdeponuj PEDOT:PSS jako pierwszą warstwę na wierzchu ITO. Przefiltruj PEDOT:PSS za pomocą filtra z polifluorku winylidenu (PVDF) 0,45 μm. Napełnić mikropipetę 100 μl PEDOT:PSS.
  3. Ostrożnie umieść podłoże na uchwycie do powlekania wirowego i aktywuj system próżniowy, aby zamocować podłoże (Rysunek 1B, C). Obróć ITO stroną zadrukowaną do góry i wyreguluj, aby jak najbardziej wyśrodkować obszar podłoża. Ustaw parametry powlekania wirowego na 5 000 obr./min na 30 s. Ustaw początkowy krok za pomocą powlekarki wirowej na ~2–3 s przy niskich obrotach (200–500 obr./min). Spodziewana jest grubość 30 nm.
  4. Trzymając mikropipetę prostopadle do podłoża (Rysunek 1D), upuść roztwór (100 μL) na środek podłoża ( Rysunek 1D) i uruchom powlekarkę wirową ( Rysunek 1E).
    UWAGA: Nie upuszczaj roztworu zbyt szybko ani zbyt wolno, aby uniknąć ryzyka niejednorodnego rozprowadzenia roztworu (w zależności od lepkości kąt zwilżania może być nieidealny). Zwykle upuszczenie roztworu w ciągu ~1 s jest idealne. Nie dotykaj podłoża mikropipetą i spróbuj zsynchronizować się między uruchomieniem powlekarki wirowej a upuszczeniem roztworu. Jeśli dwuetapowe ustawienie osadzania (jak wyjaśniono w kroku 3.3) nie jest dostępne, należy rozważyć osadzanie statyczne: najpierw upuść roztwór, a następnie natychmiast uruchom powlekarkę wirową. Upuszczenie roztworu powinno być wykonane ostrożnie. Wszystkie roztwory powinny być upuszczone w środku osi obrotu i tworzyć jednolite miejsce, aby uniknąć niejednorodności podczas procesu. Należy pamiętać, że chociaż zasady te są idealne dla dobrego osadzania filmu, technika powlekania wirowego jest trudna do optymalizacji (tj. wymaga kilku etapów wstępnej optymalizacji). Ponadto zależy to od lepkości roztworu, pożądanego obszaru osadzania, sposobu upuszczania roztworu na podłoże i rozpoczęcia wirowania. Przykład dobrego tworzenia filmu w skali mikroskopowej można zobaczyć na Rysunek 3 jako obraz AFM.
  5. Wykonaj krok powlekarki wirowej (Rysunek 1F). Wyłącz próżnię i za pomocą pęsety usuń podłoże. Za pomocą małego patyczka kosmetycznego nasączonego wodą (tj. rozpuszczalnika PEDOT:PSS; Rysunek 1G), usuń nadmiar osadzonej warstwy wokół katody i obszarów narożnych z podłoża, pozostawiając nietknięty centralny obszar pikseli.
  6. Przechowywać podłoże w piekarniku lub na płycie grzejnej w temperaturze 120 °C przez 15 minut, aby usunąć rozpuszczalnik PEDOT:PSS (wodę). Wyjmij z piekarnika lub płyty grzejnej, przenieś do schowka podręcznego i pozostaw do ostygnięcia do RT (Rysunek 1H).
  7. Przygotuj roztwór dla EML. W nowej, czystej fiolce (patrz krok 1.1), za pomocą mikropipety, przygotować nowy roztwór składający się z 1,8 ml roztworu gospodarza i 0,2 ml roztworu TADF. Przed użyciem roztworu należy go przefiltrować filtrem PTFE 0,1 μm.
  8. Pozostawić nowy roztwór mieszając przez 15 minut w temperaturze pokojowej.
  9. Wykonując kroki 3.3–3.5, należy nanieść ten drugi roztwór w powlekarkę wirową w komorze rękawicowej. Wiruj z prędkością 2,000 obr./min przez 60 s. Przewidywana grubość warstwy powinna wynosić 50 nm. Aby usunąć nadmiar drugiej folii, użyj patyczków kosmetycznych nasączonych chlorobenzenem.
  10. Pozostawić podłoża na płycie grzejnej wewnątrz schowka na rękawiczki w temperaturze 70 °C na 30 minut, aby całkowicie usunąć nadmiar chlorobenzenu.
  11. Usuń podłoża z płyty grzejnej i pozostaw do ostygnięcia do RT.
  12. Aby uzyskać dodatkowe środki ostrożności, rozważ przeprowadzenie testów temperatury/czasu (pośrednio, szybkości parowania) dla różnych rozpuszczalników. Morfologia końcowego filmu jest silnie uzależniona od tych parametrów. Prosty test AFM może być przydatny do potwierdzenia, że szybkość parowania rozpuszczalnika jest odpowiednia. Ostateczna struktura naniesionych cienkich warstw powinna być mniej więcej zbliżona do schematu w Rysunek 1I.

4. Parowanie materiałów

UWAGA: Dla lepszego parowania, minimalne wymagane podciśnienie to zazwyczaj ciśnienie niższe niż 5 x 10-5 mbar. W przypadku wszystkich materiałów organicznych szybkość parowania powinna być utrzymywana na poziomie poniżej 2 A/s, aby zmniejszyć szorstkość i jednorodność warstw. W przypadku LiF szybkość parowania powinna być mniejsza niż 0,2 A/s. Nieprzestrzeganie tego może skutkować niejednorodnymi emisjami. Jeśli jeszcze tego nie zrobiono, zaprogramuj system czujników piezoelektrycznych (który mierzy grubość osadzania i szybkość parowania) z wymaganymi parametrami, takimi jak 1) gęstość materiału, 2) współczynnik Z: akustyczne sprzężenie materiału z czujnikiem oraz 3) współczynnik oprzyrządowania: kalibracja geometryczna tygla parującego w stosunku do uchwytu próbki. Przed użyciem parownika należy zapoznać się ze specyfikacją sprzętu, aby dowiedzieć się, jak przeprowadzić takie kalibracje, i zapoznać się z arkuszem danych materiałów, aby uzyskać informacje na temat wartości gęstości i współczynnika Z dla określonego materiału. Po zaprogramowaniu i bez zmiany geometrii komory parowania (współczynnik oprzyrządowania), dane mogą być przechowywane do wykorzystania w przyszłości z tymi samymi materiałami.

  1. Włóż podłoża (folie zadrukowaną stroną do dołu i po zakończeniu kroku 3.11) do uchwytu próbki z żądaną maską odparowującą (Rysunek 4A).
  2. Dołącz niezbędne tygle (geometria zależy od konkretnego systemu parownika) i napełnij każdy z nich niezbędnymi materiałami (LiF, TmPyPb i Al). Szczegółowe wyjaśnienie procesu parowania termicznego w rozwoju diod OLED można znaleźć w literaturze43 i jest omówione w dalszej części niniejszego raportu.
  3. Umieść uchwyt podłoża z próbkami w uchwycie na próbki parownika (Rysunek 4B). Zamknij komorę i przepompuj komorę parownika w dół. Postępuj zgodnie z odpowiednimi instrukcjami dla układu parownika.
  4. Odparować warstwę TmPyPb o grubości 40 nm. Odparować kolejno 2 nm LiF i 100 nm Al. W przypadku parowania postępuj zgodnie z opublikowaną procedurą43.
    UWAGA: Ostateczna struktura jest reprezentowana w Rysunek 4C. W obecnej pracy urządzenia nie są hermetyzowane. W przypadku długotrwałych eksperymentów należy przeprowadzić enkapsulację, na czym nie skupiamy się tutaj.

5. Charakterystyka urządzenia

UWAGA: Aby scharakteryzować końcowe urządzenie, użyj bardzo czułego miernika napięcia, miernika luminancji i spektrometru. Jeśli istnieje sfera integrująca, użyj jej. W przeciwnym razie miernik luminancji należy umieścić prostopadle do emisji powierzchniowej OLED w odległości wskazanej przez producenta i zależnej od soczewki skupiającej. Jeśli nie jest używana kula całkująca, można założyć, że emisja urządzenia OLED jest zgodna z profilem Lamberta do obliczeń wydajności. W tym przypadku wykreślona jasność nie odpowiada jasności zmierzonej pod kulą całkującą (a więc będzie co najmniej π razy mniejsza).

  1. Włóż wyprodukowane urządzenie OLED do uchwytu testowego i ułóż styki elektryczne dla żądanego piksela. Zmierz prąd (I), przyłożone napięcie (V) i jasność (L). Szczegółowe informacje na temat konfiguracji eksperymentalnej zostały wyjaśnione wcześniej43.
  2. Za pomocą spektrometru zmierz widma elektroluminescencji (EL) przy różnych przyłożonych napięciach w zakresie odpowiadającym zakresowi dynamicznemu działania OLED44. Weź co najmniej trzy do czterech widm. W tym przypadku stosowane są napięcia 5 V, 10 V i 15 V.
  3. Za pomocą niezbędnego oprogramowania oblicz gęstość prądu (J), wydajność prądową (μc kandela/amper), sprawność energetyczną (ηp, lumen/wat) i sprawność zewnętrzną (EQE). Za pomocą widm elektroluminescencyjnych określ współrzędne koloru CIE. Odpowiednie informacje na temat obliczania wszystkich tych wartości zasług zostały opisane wcześniej44.
  4. Wykreśl wskazane dane. Przeprowadź krytyczną analizę wyników pod kątem wydajności i jasności. Zobacz widma elektroluminescencji i spróbuj ustalić model, aby zrozumieć wyniki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Rysunek 5 przedstawia główne wyniki dla wykonanego urządzenia. Napięcie włączenia było niezwykle niskie (~3 V), co jest interesującym wynikiem dla urządzenia z dwiema warstwami organicznymi. Maksymalna jasność wyniosła około 8 000 cd/m2 bez użycia sfery integrującej. Maksymalne wartości dla ηc, ηp oraz EQE wyniosły odpowiednio około 16 cd/A, 10 lm/W i 8%. Choć wyniki te nie są najwyższymi wskaźnikami jakości dla tego emitera TADF, były one najlepszymi uzyskan...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Zastosowany tutaj protokół do wytworzenia wydajnego OLED w prostej konstrukcji urządzenia jest stosunkowo prosty. Ruchliwość elektryczna jest modulowana nie tylko przez skład materiałowy warstwy urządzenia, ale także zależy w decydującym stopniu od morfologii folii. Ważne jest przygotowanie roztworów oraz odpowiedni dobór rozpuszczalnika i stężenia. Nie może dojść do agregacji materiału, co oznacza całkowitą rozpuszczalność w skali nanometrycznej. Ważne jest również obserwowanie lepkości roztworu. Wysoka lepkość prowadzi...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy pragną podziękować projektowi "EXCILIGHT" z programu Unii Europejskiej Horyzont 2020 w zakresie badań naukowych i innowacji w ramach umowy o grant Marie Skłodowska-Curie nr 674990. Praca ta została również opracowana w ramach projektu i3N, UIDB/50025/2020 i UIDP/50025/2020, finansowanego ze środków krajowych za pośrednictwem FCT/MEC.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
2PXZ-OXD (2,5-bis(4-(10H-phenoxazyno-10-ylo)fenylo)-1,3,4-oksadiazol)Lumtec ltd1447998-13-1
Aluminium (99,999%)Alfa Aesar7429-90-5
Aceton (99,9%)Sigma Aldrich67-64-1
HellmanexOssila7778-53-2
Alkohol izopropylowySigma Aldrich67-63-0
Podłoża wzorzyste ITOOssila65997-17-3
Fluorek litu (99,99%)Sigma Aldrich7789-24-4
OXD-7 (1,3-bis[2-(4-tert-butylofenylo)-1,3,4-oksadiazo-5-ylo]benzen)Ossila138372-67-5
PEDOT: PSS (Poli(3,4-etylenodioksytiofen) sulfonian polistyrenu)Ossila155090-83-8
PVK ( Poliwinlykarbazol) (średnia Mn 25 000-50 000)Sigma Aldrich25067-59-8
TmPyPb (1,3,5-Tri(m-pirydyno-3-ylofenylo)benzen)Ossila138372-67-5

Bibliografia

  1. Tang, C. W., VanSlyke, S. A. Organic electroluminescent diodes. Applied Physics Letters. 51 (12), 913-915 (1987).
  2. Pereira, D. D. S., Monkman, A. P. Methods of Analysis of Organic Light Emitting Diodes. Display and Imaging. 2, 323-337 (2017).
  3. Kumar, M., Ribeiro, M., Pereira, L. New Generation of High Efficient OLED Using Thermally Activated Delayed Fluorescent Materials. Light-Emitting Diode-An Outlook On the Empirical Features and Its Recent Technological Advancements. , IntechOpen. (2018).
  4. Baldo, M. A., et al. Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices. Nature. 395 (6698), 151(1998).
  5. Uoyama, H., Goushi, K., Shizu, K., Nomura, H., Adachi, C. Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence. Nature. 492 (7428), 234(2012).
  6. Baldo, M., Lamansky, S., Burrows, P., Thompson, M., Forrest, S. Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence. Applied Physics Letters. 75 (1), 4-6 (1999).
  7. Adachi, C., Baldo, M. A., Thompson, M. E., Forrest, S. R. Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device. Journal of Applied Physics. 90 (10), 5048-5051 (2001).
  8. Tsuzuki, T., Nakayama, Y., Nakamura, J., Iwata, T., Tokito, S. Efficient organic light-emitting devices using an iridium complex as a phosphorescent host and a platinum complex as a red phosphorescent guest. Applied Physics Letters. 88 (24), 243511(2006).
  9. Kwong, R. C., et al. Efficient, saturated red organic light emitting devices based on phosphorescent platinum (II) porphyrins. Chemistry of Materials. 11 (12), 3709-3713 (1999).
  10. Kalinowski, J., Fattori, V., Cocchi, M., Williams, J. G. Light-emitting devices based on organometallic platinum complexes as emitters. Coordination Chemistry Reviews. 255 (21-22), 2401-2425 (2011).
  11. Tanaka, D., et al. Ultra high efficiency green organic light-emitting devices. Japanese Journal of Applied Physics. 46 (1), 10(2006).
  12. Sun, Y., et al. Management of singlet and triplet excitons for efficient white organic light-emitting devices. Nature. 440 (7086), 908(2006).
  13. Reineke, S., et al. White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency. Nature. 459 (7244), 234(2009).
  14. Helander, M., et al. Chlorinated indium tin oxide electrodes with high work function for organic device compatibility. Science. 332 (6032), 944-947 (2011).
  15. Tao, Y., et al. Multifunctional Triphenylamine/Oxadiazole Hybrid as Host and Exciton-Blocking Material: High Efficiency Green Phosphorescent OLEDs Using Easily Available and Common Materials. Advanced Functional Materials. 20 (17), 2923-2929 (2010).
  16. Lee, C. W., Lee, J. Y. Above 30% external quantum efficiency in blue phosphorescent organic light-emitting diodes using pyrido [2, 3-b] indole derivatives as host materials. Advanced Materials. 25 (38), 5450-5454 (2013).
  17. Endo, A., et al. Efficient up-conversion of triplet excitons into a singlet state and its application for organic light emitting diodes. Applied Physics Letters. 98 (8), 42(2011).
  18. Endo, A., et al. Thermally activated delayed fluorescence from Sn4+–porphyrin complexes and their application to organic light emitting diodes-A novel mechanism for electroluminescence. Advanced Materials. 21 (47), 4802-4806 (2009).
  19. Baleizão, C., Berberan-Santos, M. N. Thermally activated delayed fluorescence as a cycling process between excited singlet and triplet states: Application to the fullerenes. The Journal of Chemical Physics. 126 (20), 204510(2007).
  20. Dias, F. B., et al. Triplet harvesting with 100% efficiency by way of thermally activated delayed fluorescence in charge transfer OLED emitters. Advanced Materials. 25 (27), 3707-3714 (2013).
  21. Dias, F. B., Penfold, T. J., Monkman, A. P. Photophysics of thermally activated delayed fluorescence molecules. Methods and Applications in Fluorescence. 5 (1), 012001(2015).
  22. Yersin, H. Highly efficient OLEDs: Materials based on thermally activated delayed fluorescence. , Wiley-VCH. (2018).
  23. dos Santos, P. L., Ward, J. S., Bryce, M. R., Monkman, A. P. Using guest-host interactions to optimize the efficiency of TADF Oleds. The Journal of Physical Chemistry Letters. 7 (17), 3341-3346 (2016).
  24. Kumar, M., Pereira, L. Effect of the Host on Deep-Blue Organic Light-Emitting Diodes Based on a TADF Emitter for Roll-Off Suppressing. Nanomaterials. 9 (9), 1307(2019).
  25. Méhes, G., Goushi, K., Potscavage, W. J., Adachi, C. Influence of host matrix on thermally-activated delayed fluorescence: Effects on emission lifetime, photoluminescence quantum yield, and device performance. Organic Electronics. 15 (9), 2027-2037 (2014).
  26. Yang, Z., et al. Recent advances in organic thermally activated delayed fluorescence materials. Chemical Society Reviews. 46 (3), 915(2017).
  27. Wong, M. Y., Zysman-Colman, E. Purely organic thermally activated delayed fluorescence materials for organic light-emitting diodes. Advanced Materials. 29 (22), 1605444(2017).
  28. Tsai, K. W., Hung, M. K., Mao, Y. H., Chen, S. A. Solution-Processed Thermally Activated Delayed Fluorescent OLED with High EQE as 31% Using High Triplet Energy Crosslinkable Hole Transport Materials. Advanced Functional Materials. , 1901025(2019).
  29. 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. 28 (32), 6976-6983 (2016).
  30. Cho, Y. J., Yook, K. S., Lee, J. Y. High efficiency in a solution-processed thermally activated delayed-fluorescence device using a delayed-fluorescence emitting material with improved solubility. Advanced Materials. 26 (38), 6642-6646 (2014).
  31. Huang, T., Jiang, W., Duan, L. Recent progress in solution processable TADF materials for organic light-emitting diodes. Journal of Materials Chemistry C. 6 (21), 5577-5596 (2018).
  32. Kumar, M., Pereira, L. Towards Highly Efficient TADF Yellow-Red OLEDs Fabricated by Solution Deposition Methods: Critical Influence of the Active Layer Morphology. Nanomaterials. 10 (1), 101(2020).
  33. Cai, M., et al. High-efficiency solution-processed small molecule electrophosphorescent organic light-emitting diodes. Advanced Materials. 23 (31), 3590-3596 (2011).
  34. Amruth, C., Szymański, M. Z., Łuszczyńska, B., Ulański, J. Inkjet printing of super Yellow: Ink Formulation, Film optimization, oLeDs Fabrication, and transient electroluminescence. Scientific Reports. 9 (1), 1-10 (2019).
  35. Abbel, R., et al. Toward high volume solution based roll-to-roll processing of OLEDs. Journal of Materials Research. 32 (12), 2219-2229 (2017).
  36. Hast, J., et al. 18.1: Invited Paper: Roll-to-Roll Manufacturing of Printed OLEDs, SID Symposium Digest of Technical Papers. Wiley Online Library. , 192-195 (2013).
  37. Chang, S. C., et al. Multicolor organic light-emitting diodes processed by hybrid inkjet printing. Advanced Materials. 11 (9), 734-737 (1999).
  38. Singh, M., Haverinen, H. M., Dhagat, P., Jabbour, G. E. Inkjet printing-process and its applications. Advanced Materials. 22 (6), 673-685 (2010).
  39. Villani, F., et al. Inkjet printed polymer layer on flexible substrate for OLED applications. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (30), 13398-13402 (2009).
  40. Choi, K. -J., Lee, J. -Y., Shin, D. -K., Park, J. Investigation on slot-die coating of hybrid material structure for OLED lightings. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 95, 119-128 (2016).
  41. Geffroy, B., Le Roy, P., Prat, C. Organic light-emitting diode (OLED) technology: materials, devices and display technologies. Polymer International. 55 (6), 572-582 (2006).
  42. Lee, J., et al. Oxadiazole-and triazole-based highly-efficient thermally activated delayed fluorescence emitters for organic light-emitting diodes. Journal of Materials Chemistry C. 1 (30), 4599-4604 (2013).
  43. Monkman, A., Data, P. Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes. Journal of Visualized Experiments. (141), (2018).
  44. Pereira, L. F. Organic light emitting diodes: The use of rare earth and transition metals. , Pan Stanford. (2012).
  45. Kumar, M., Pereira, L. Mixed-Host Systems with a Simple Device Structure for Efficient Solution-Processed Organic Light-Emitting Diodes of a Red-Orange TADF Emitter. ACS Omega. 5 (5), 2196-2204 (2020).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Wytwarzanie OLEDemiter TADFnanoszenie metod spin coatingukoncepcja host guestarchitektura urz dzeniar wnowaga elektrycznaroztw r w chlorobenzenieosadzanie PEDOT PSSodparowywanie termiczne
Opracowanie wydajnych diod OLED na podstawie osadzania roztworu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.