Artykuł metodologiczny

Opracowanie wydajnych diod OLED na podstawie osadzania roztworu

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wzrost organicznej elektroniki używanej w codziennym życiu stał się nieprześcignioną rzeczywistością. Spośród kilku zastosowań elektroniki organicznej, diody OLED są prawdopodobnie najbardziej atrakcyjne. Ich jakość obrazu, rozdzielczość i czystość kolorów sprawiły, że diody OLED są podstawowym wyborem dla wyświetlaczy. Co więcej, możliwość osiągnięcia emisji o dużej powierzchni w niezwykle cienkich, elastycznych, lekkich i łatwych do dostosowania kolorów diodach OLED ma zastosowanie w oświetleniu. Jednak niektóre problemy technologiczne związane z procesem wytwarzania w emiterach o dużej powierzchni odłożyły w czasie dalsze stosowanie.

Dzięki pierwszemu OLED-owi działającemu przy niskich napięciach1, zaprojektowano nowe paradygmaty oświetlenia półprzewodnikowego, choć o niskiej zewnętrznej wydajności kwantowej (EQE). OLED EQE uzyskuje się poprzez stosunek emitowanych fotonów (światła) do wstrzykiwanych nośników elektrycznych (prądu elektrycznego). Proste teoretyczne oszacowanie maksymalnego oczekiwanego EQE jest równe ηout x ηint 2. Wydajność wewnętrzną (ηint) można przybliżyć za pomocą ηint = γ x figure-introduction-1 x ΦPL, gdzie γ odpowiada współczynnikowi równoważenia ładunku, ΦPL jest wydajnością kwantową fotoluminescencji (PLQY), a figure-introduction-2 to wydajność generowania ekscytonu emisyjnego (pary elektronowych). Na koniec, ηjest efektywność sprzężenia2. Jeśli nie bierze się pod uwagę rozłączenia, uwaga skupia się na trzech tematach: (1) jak wydajny jest materiał w tworzeniu ekscytonów, które rekombinują promieniście, (2) jak wydajne są warstwy emisyjne oraz (3) jak wydajna jest struktura urządzenia w promowaniu dobrze zrównoważonego systemu elektrycznego3.

Czysto fluorescencyjny emiter organiczny ma tylko 25% wewnętrznej wydajności kwantowej (IQE). Zgodnie z regułami spinu, radiacyjne przejście od trypletu do singletu (T→S) jest zabronione4. Dlatego 75% wzbudzonych nośników elektrycznych nie przyczynia się do emisji fotonów5. Ten problem został po raz pierwszy rozwiązany przy użyciu metali przejściowych w OLEDach fosforescencyjnych emiterów organicznych6,7,8,9,10, gdzie IQE było podobno bliskie 100%11,12,13,14,15,16. Wynika to ze sprzężenia spinowo-orbitalnego między związkiem organicznym a ciężkim metalem przejściowym. Wadą takich emiterów jest ich wysoki koszt i słaba stabilność. Niedawne doniesienia o syntezie chemicznej czystego związku organicznego z niską separacją energii między wzbudzonymi stanami trypletowymi i singletowymi (∆EST) przez Adachi17,18 dały początek nowemu frameworkowi. Chociaż nie jest to new19, udane zastosowanie procesu TADF w OLED-ach umożliwiło uzyskanie wysokiej wydajności bez użycia kompleksów metali przejściowych.

W takich organicznych emiterach bez metali, istnieje duże prawdopodobieństwo, że wzbudzone nośniki w stanie trypletowym zapełnią się do stanu singletowego; dlatego IQE może osiągnąć teoretyczny limit 100%5,20,21,22. Te materiały TADF dostarczają ekscytony, które mogą rekombinować promieniście. Jednak te emitery wymagają dyspersji w hoście macierzy, aby uniknąć wygaszania emisji3,20,21,23,24 w koncepcji host-gość. Dodatkowo jego wydajność zależy od tego, w jaki sposób host (matryca organiczna) jest zaadaptowany do materiału gościa (TADF)25. Konieczne jest również wyidealizowanie struktury urządzenia (tj. cienkich warstw, materiałów i grubości), aby uzyskać elektrycznie zrównoważone urządzenie (równowaga między a elektronami, aby uniknąć strat)26. Osiągnięcie najlepszego systemu host-gość dla elektrycznie wyważonego urządzenia ma fundamentalne znaczenie dla zwiększenia EQE. W systemach opartych na TADF nie jest to proste ze względu na zmiany w ruchliwości nośników elektrycznych w EML, które nie są łatwe do dostrojenia.

Dzięki emiterom TADF łatwo jest uzyskać wartości EQE większe niż 20%26,27,28,29. Jednak struktura urządzenia składa się zwykle z trzech do pięciu warstw organicznych (warstwy transportu/blokowania i transportu/blokowania elektronów, odpowiednio HTL/HBL i ETL/EBL). Dodatkowo jest wytwarzany w procesie odparowywania termicznego, który jest kosztowny, złożony technologicznie i prawie tylko do zastosowań displayowych. W zależności od poziomów HOMO (najwyższy zajęty orbital molekularny) i LUMO (najniższy niezajęty orbital molekularny), ruchliwości elektrycznej nośników i grubości, każda warstwa może wstrzykiwać, transportować i blokować nośniki elektryczne oraz gwarantować rekombinację w warstwie emisyjnej (EML).

Zmniejszenie złożoności urządzenia (np. prosta, dwuwarstwowa struktura) zwykle powoduje zauważalny spadek EQE, czasami do mniej niż 5%. Dzieje się tak ze względu na różną ruchliwość elektronów i w EML, a urządzenie staje się elektrycznie niezrównoważone. W ten sposób, zamiast wysokiej sprawności tworzenia ekscytonów, efektywność emisji w EML staje się niska. Co więcej, zauważalne jest spadki wraz ze wzrostem EQE wraz ze wzrostem jasności, ze względu na wysokie stężenie ekscytonów przy wysokim przyłożonym napięciu i długie wydłużone czasy życia24,30,31. Przezwyciężenie takich problemów wymaga dużych zdolności do manipulowania właściwościami elektrycznymi warstwy emisyjnej. W przypadku prostej architektury OLED wykorzystującej metody osadzania roztworu, właściwości elektryczne EML można dostroić za pomocą parametrów przygotowania i osadzania roztworu32.

Metody osadzania roztworu dla urządzeń opartych na organiczności były wcześniej stosowane31. Produkcja OLED, w porównaniu z procesem odparowywania termicznego, cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na ich uproszczoną strukturę, niski koszt i produkcję na dużej powierzchni. Odnosząc duże sukcesy w kompleksach metali przejściowych OLED, głównym celem jest zwiększenie obszaru emisji przy jednoczesnym utrzymaniu struktury urządzenia tak prostej, jak to tylko możliwe33. Metody takie jak roll-to-roll (R2R)34,35,36, druk atramentowy37,38,39 i slot-die40 zostały z powodzeniem zastosowane w wielowarstwowej produkcji diod OLED, co jest możliwym podejściem przemysłowym.

Pomimo tego, że metody osadzania roztworów dla warstw organicznych są dobrym wyborem dla uproszczenia architektury urządzeń, nie wszystkie pożądane materiały mogą być łatwo zdeponowane. Stosowane są dwa rodzaje materiałów: małe cząsteczki i polimery. W metodach osadzania roztworu małe cząsteczki mają pewne wady, takie jak słaba jednorodność cienkiej warstwy, krystalizacja i stabilność. W związku z tym polimery są najczęściej stosowane ze względu na zdolność do tworzenia jednolitych cienkich warstw o niskiej chropowatości powierzchni i na dużych, elastycznych podłożach. Ponadto materiały powinny charakteryzować się dobrą rozpuszczalnością w odpowiednim rozpuszczalniku (głównie organicznych, takich jak chloroform, chlorobenzen, dichlorobenzen itp.), wodzie lub pochodnych alkoholu.

Oprócz problemu rozpuszczalności, konieczne jest zagwarantowanie, że rozpuszczalnik użyty w jednej warstwie nie powinien działać jak rozpuszczalnik dla poprzedniej warstwy. Pozwala to na uzyskanie wielowarstwowej struktury osadzonej w procesie mokrym; Istnieją jednak ograniczenia41. Najbardziej typowa konstrukcja urządzenia wykorzystuje niektóre warstwy osadzone w roztworze (tj. emisyjną) i jedną warstwę odparowaną termicznie (ETL). Dodatkowo jednorodność i morfologia cienkich warstw silnie zależą od metod i parametrów osadzania. Transport ładunku elektrycznego przez te warstwy jest całkowicie regulowany przez taką morfologię. Niemniej jednak należy rozsądnie ustalić kompromis między pożądanym urządzeniem końcowym a kompatybilnością procesu produkcyjnego. Dostosowanie parametrów osadzania jest kluczem do sukcesu, mimo że jest to czasochłonne prace. Na przykład powlekanie wirowe nie jest prostą techniką. Chociaż wydaje się to proste, istnieje kilka aspektów tworzenia cienkiego filmu z roztworu na wirującym podłożu, które wymagają uwagi.

Oprócz optymalizacji grubości folii, manipulacji prędkością wirowania i czasem (grubość to wykładniczy spadek obu parametrów), działania eksperymentatora muszą być również dostosowane, aby uzyskać dobre wyniki. Prawidłowe parametry zależą również od lepkości roztworu, obszaru osadzania oraz zwilżalności/kąta zwilżania roztworu na podłożu. Nie ma unikalnych zestawów parametrów. Tylko podstawowe założenia z konkretnymi dostosowaniami roztworu/substratu dają pożądane rezultaty. Co więcej, właściwości elektryczne, które zależą od konformacji molekularnej i morfologii warstwy, można zoptymalizować w celu uzyskania pożądanych wyników, zgodnie z opisanym tutaj protokołem. Po zakończeniu proces jest prosty i wykonalny.

Niemniej jednak, zmniejszenie złożoności struktury urządzenia prowadzi do maksymalnego spadku EQE; chociaż można osiągnąć kompromis pod względem wydajności i jasności. Ponieważ taki kompromis pozwala na praktyczne zastosowania, nadwyżka prostego, kompatybilnego z dużą powierzchnią i taniego procesu może stać się rzeczywistością. W tym artykule opisano te wymagania oraz sposób opracowania przepisu na obsługę wymaganych problemów.

Protokół skupia się na zielonym emiterze TADF 2PXZ-OXD [2,5-bis(4-(10H-phenoxazyno-10-ylo)fenylo)-1,3,4-oksadiazolu]42 jako gość w macierzy gospodarza złożonej z PVK [poli(N-winylokarbazol)] i OXD-7 [1,3-Bis[2-(4-tert-butylofenylo)-1,3,4-oksadiazo-5-ylo]benzenu], co odpowiada EML. Stosuje się warstwę transportu elektronów (ETL) TmPyPb [1,3,5-Tri(m-pirydyno-3-ylofenylo)benzenu]. Zoptymalizowane są zarówno funkcje pracy anody, jak i katody. Anoda składa się z ITO (tlenku indu cyny) z wysoce przewodzącym polimerem PEDOT:PSS [poli(3,4-etylenodioksytiofen)-poli(styrenosulfonian)], a katoda składa się z podwójnej warstwy aluminium i LiF (fluorek litu).

Na koniec, zarówno PEDOT:PSS, jak i EML (PVK: OXD-7: 2PXZ-OXD) są osadzane przez powlekanie wirowe, podczas gdy TmPyPb, LiF i Al są termicznie odparowywane. Biorąc pod uwagę przewodzący metalopodobny charakter PEDOT:PSS, urządzenie jest typową "dwuwarstwową warstwą organiczną" o najprostszej możliwej strukturze. W EML gość TADF (10% wag.) jest rozproszony w hoście (90% wag.) składa się z PVK0,6 + OXD-70,4.

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

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 5 pokazuje główne wyniki dla wyprodukowanego urządzenia. Napięcie załączenia było bardzo niskie (~3 V), co jest interesującym wynikiem jak na urządzenie dwuwarstwowe. Maksymalna jasność wynosiła około 8 000 cd/m2 bez użycia kuli całkującej. Maksymalne wartości dla ηc, ηp i EQE wynosiły odpowiednio około 16 cd/A, 10 lm/W i 8%. Chociaż wyniki nie są najlepszymi danymi dotyczącymi zalet tego emitera TADF, najlepiej było je znaleźć w tak prostej konstrukc...

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

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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

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

Poproś o pozwolenie

Tagi

Wytwarzanie OLEDemiter TADFnanoszenie metod spin coatingukoncepcja host guestarchitektura urz dzeniar wnowaga elektrycznaroztw r w chlorobenzenieosadzanie PEDOT PSSodparowywanie termiczne

Powiązane artykuły