Abstract
De auteurs geven een benadering voor het vervaardigen van stabiele witte lichtemissie van polymere lichtemitterende elektrochemische cellen (plecs) een actieve laag bestaande uit blauwe fluorescerende poly (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) ( PFD) en π-geconjugeerde moleculen trifenylamine. Deze witte lichtemissie afkomstig uit exciplexes gevormd tussen PFD en aminen in elektronisch aangeslagen toestanden. Inrichting bevattende PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftyl (fenyl) amino] trifenylamine (2-TNATA), poly (ethyleenoxide) en K 2 CF 3 SO 3 toonde wit-lichtemissie met Commission Internationale de l'éclairage (CIE) coördinaten van (0,33, 0,43) en een Color Rendering Index (CRI) van Ra = 73 bij een aangelegde spanning van 3,5 V. Constante spanning metingen bleek dat de CIE coördinaten van (0,27, 0,37), Ra van 67, en de emissiekleur waargenomen onmiddellijk na het aanleggen van een spanning van 5 V waren nagenoeg onveranderd stabiel na300 sec.
Protocol
1. Bereiding van Active Layer Solutions
- Actieve laag oplossing van het amine gedoteerde PFD apparaten
OPMERKING: De PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftyl (fenyl) amino] trifenylamine (2-TNATA), 9,9-dimethyl- N, N'-di (1-naftyl) - N , N 'difenyl-9H-fluoreen-2,7-diamine (DMFL-NPB), poly (ethyleenoxide) (PEO), werden gebruikt zoals ontvangen. Het kaliumgehalte trifluormethaansulfonaat (K 2 CF 3 SO 3) werd gedroogd onder vacuüm bij 200 ° C gedurende 1 uur vóór gebruik.- Voor inrichtingen met een PFD: amine-verhouding van 1: 0,25, los 10 mg PFD en 2,5 mg van het aromatische amine in 1 ml chloroform en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C. Voor die met een PFD: amine-verhouding van 1: 1, gebruik 10 mg van het aromatische amine.
- Afzonderlijk werd 10 mg los van PEO in 1 ml cyclohexanon en roer gedurende 1 uur bij 60 ° C, en los 2,5 mg kalium-trifluormethaansulfonaat (KCF 3 SO 3) in 1ml cyclohexanon en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C.
- Voeg 0,78 ml van de PEO-oplossing en 0,147 ml van de KCF 3 SO 3 oplossing van de PFD oplossing met micropipetten. Roer de gemengde oplossing gedurende 4 uur bij 40 ° C.
- Filtreer de gemengde oplossing met een membraanfilter vóór het coaten draaien.
- Actieve laag oplossing ongedoteerde PFD inrichting
- Voor ongedoteerde PFD apparaat los 10 mg PFD in 1 ml chloroform en roer gedurende 1 uur bij 40 ° C. De stappen die volgen zijn dezelfde als eerder beschreven voor de amine gedoteerde PFDs in 1.1.2 - 1.1.4.
2. Fabricage van LEC Devices
OPMERKING: Fabrikatieprocess LEC inrichtingen wordt samengevat in figuur 1.
- Ultrasoon reinigen gevormde indium-tinoxide (ITO) glasplaten met verdund detergent, gevolgd door gedeïoniseerd water, aceton en 2-propanol met eendesktop ultrasoonbad (38 kHz) gedurende 3 minuten voor elke stap. Ten slotte wordt het oplosmiddel met behulp van een N 2 blower.
- Behandel de substraten met UV / O 3 gedurende 3 min met UV / O3 bewerkingseenheid volgens het protocol van de fabrikant. Voer de actieve laag bekledingsproces onder een inerte atmosfeer in een handschoenkast.
- Stel gereinigde substraat op het hoofd van een spin coater. Verdeel ongeveer 100 pl van de actieve laag oplossing met een micropipet. Spin de ondergrond als volgt: 800 rpm gedurende 60 seconden, verhoging van het tarief tot 1.000 toeren per minuut meer dan 3 seconden, dan draaien op 1000 rpm gedurende 10 sec. De actieve laagdikte is ongeveer 150 nm.
- Droog de gecoate substraten in het dashboardkastje 's nachts.
- Veeg overtollige polymeer om een goede elektrode verbinding en inkapseling te waarborgen.
- Plaats de substraten op verdamping houder afzetting van aluminium. Laad de houder in de verdampingskamer en thermisch een 100 nm laag aluminium deponerenop een verdamping van 0,4 nm / sec door middel van een roestvrijstalen verdamping masker, waarvan 3 mm brede openingen voor het deponeren van de aluminium teller elektroden.
- Wanneer afzetting is voltooid, breng de apparaten op een handschoenenkast onder inerte atmosfeer. Breng een strook UV hardbare epoxyhars in de vorm van een rechthoek met een dispenser. Plaats een dekglaasje (15 mm x 12 mm x 0,7 mm dik) aan de hars om het apparaat kapselen (zie figuur 1).
- Genezen van de hars met behulp van UV-straling (cumulatieve dosis: 6000 mJ / cm2, golflengte: 365 nm) van een UV-LED-lichtbron.
3. Analyse
- JVL metingen
OPMERKING: De stroomdichtheid (J) -Voltage (V) -luminance (L) (JVL) kenmerken en Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) coördinaten werden gemeten met een spectrale fotodetector met een gelijkspanning stroombron monitor. De meting wordt geregeld door eenPC met een custom control software voor data-acquisitie. Het systeem werd gekalibreerd volgende protocol van de fabrikant en metingen werden uitgevoerd in het donker onder een zwart gordijn.- Sluit de aansluitingen met de contacten van het apparaat met krokodillenklemmen. Plaats het apparaat op de meting podium.
- Run de besturingssoftware voor data-acquisitie. Het systeem controleert de aangelegde spanning en stroom in de tijd en verzamelt de emissiespectra van de spectrometer door een optische vezel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De elektroluminescentie (EL) spectra werden gebruikt om de CIE coördinaten en CRI waarden (figuren 2, 4, 5) te berekenen. Fotografische beelden van de inrichtingen werden verzameld om de witheid van de emissie (figuur 3) te controleren.
De EL-spectra van het amine gedoteerde PFD apparaten en de ongedoteerde PFD onderdeel weergegeven in figuur 2. Ongedoteerde PFD apparaat toonde blauwemissieverhouding die overeenkomt met PFD exciton-emissie. Intussen is de 2-TNATA en DMFL NPB-gedoteerde inrichtingen toonden langere golflengte emissies ten opzichte van ongedoteerde PFD apparaat. De emissies van de amine gedoteerde apparaten is ontstaan uit exciplexes gevormd tussen de PFD en aminen in elektronisch aangeslagen toestanden.
De 2-TNATA en de DMFL-NPB gedoteerde apparaten toonde wit lichtemissie zoals te zien in de kleur photogra PHS van de inrichtingen (figuur 3). De veranderingen in de CIE coördinaten van het amine gedoteerde inrichtingen (doping verhoudingen van PFD: amine = 1: 0,25 en 1: 1). Worden getoond in Figuur 4 de 2-TNATA gedoteerd inrichting (PFD: 2-TNATA = 1: 0,25) toonde CIE coördinaten van (0,33, 0,43) en een kleurweergave-index (CRI) van Ra = 73 bij V inschakeltijd = 3,5 V (V inschakeltijd wordt gedefinieerd als de waarde nodig om luminantie van meer dan 1 cd produceren / cm 2 tijdens een spanningszwaai meting) en DMFL-NPB gedoteerd apparaat met dezelfde verhouding van PFD: DMFL-NPB (1: 0,25) vertoonde CIE coördinaten van x = 0,23, y = 0,33, en een CRI van Ra = 54 bij V opstarttijd = 3,5 V. de emissiekleur van de DMFL NPB-gedoteerde inrichting enigszins blauw verschoven vergeleken met die van de 2-TNATA gedoteerd apparaat. Dit komt door een verschil in de exciplex vorming mogelijkheden van de aminen met de PFD, met 2-TNATA met een groter vermogen om exciplexes dan DMFL NPB-vorming. 15
NHOUD "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figuur 5 toont de veranderingen in de huidige dichtheid, luminantie en CIE-coördinaten van de 2-TNATA gedoteerd apparaat wanneer een constante spanning van 5 V werd toegepast Onmiddellijk na het aanbrengen van de. voltage, het apparaat toonde CIE coördinaten van (0,27, 0,37) en een Ra van 67 en de emissie kleur was vrijwel onveranderd en stabiel na 300 sec.
Figuur 1. Fabrication proces van de LEC-apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. EL emissiespectra van plecs, 2-TNATA gedoteerde DMFL NPB-gedoteerde en niet gedoteerde apparaten.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Foto van lichtemissie uit de amine gedoteerde apparaten Doping verhouding van PFD. Amine = 1:.. 1 a) 2-TNATA gedoteerde apparaat b) DMFL-NPB gedoteerde apparaat (schaal bars. 5 mm) Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. Veranderingen in CIE coördinaten van de 2-TNATA en DMFL-NPD gedoteerd apparaten met toenemende spanning a) Apparaten met doping verhouding PFD. Amine = 1:. 1 b) </ strong> Apparaten met doping verhouding van PFD: amine = 1:. 0.25 Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. Temporal evolutie van een) CIE-coördinaten, helderheid en de huidige, en b) de werkzaamheid, helderheid, en stroom van de 2-TNATA gedoteerd plecs. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De LEC heeft een actieve laag die hydrofobe PFD en aromatische aminen, en hydrofiele polyethyleenoxide en KCF 3 SO 3. Omdat deze materialen hebben verschillende oplosbaarheden, zorgvuldige voorbereiding van de spin bekledingsoplossing kritisch onvolledige solvatatie voorkomen. Elk eerst afzonderlijk en volledig opgelost in oplosmiddelen met voldoende oplossend vermogen dan de oplossingen worden samen gemengd om een uniform mengsel te vormen. Afweging van de exciton en exiplex uitstoot is de sleutel tot het verkrijgen van witte emissie. Daarom moet de hoeveelheid PFD en aminen nauwkeurig worden gemeten.
In LEC is ook belangrijk om de fasenscheiding morfologie van de actieve laag te regelen. De auteurs probeerden op andere ionen geleidende polymeren zoals trimethylolpropaan ethoxylaat (TMPE-OH) 16 in plaats van PEO, maar het toestel vervaardigd met TMPE-OH niet functioneren als LEC. De hydrofobe materialen (PFD en aromatischeaminen) en het hydrofiele polymeer elektrolyt de neiging om geleidelijk scheiden, wat betekent dat materialen zorgvuldig worden gekozen.
De UV licht gebruikt om de hars te harden kunnen de actieve laag materiaal aantasten. Daarom wordt het UV-licht scheen het opgebrachte aluminium zijkant door een glazen afdekking om onnodige blootstelling te voorkomen.
Vergeleken met werkwijzen waarbij meerdere lichtemitterende materialen gebruikt, 10-14 de bovenbeschreven werkwijze heeft het grote voordeel dat wit licht emissie kan worden verkregen via alleen de toevoeging van eenvoudige verbindingen zoals aromatische aminen. Hoge CRI wit licht te produceren, is het noodzakelijk om een bredere band emissies met een spectrum dichter aan zonlicht te verkrijgen. Omdat exciplexes algemeen produceren breedband emissie vinden van betere combinaties van blauw licht emitterende polymeren en aminen moet het mogelijk maken deze hogere CRI te bereiken.
Figuur 5 toont tijd evolution luminantie, stroomdichtheid, CIE coördinaten en de werkzaamheid van de 2-TNATA gedoteerde LEC toegepast bij een constante spanning van 5 V. Figuur 4b toont de typische gedrag van een LEC, zoals toenemende luminantie en stroomdichtheid en veranderingen in effectiviteit tijdens de eerste 30 seconden van de werking.
De auteurs hebben dus aangetoond dat de fabricage procedure voor plecs met wit licht emissie gebruik te maken van exiplex emissies afkomstig van PFD en amines. De auteurs hebben ook aangetoond de stabiliteit van deze witte lichtemissie, een eigenschap die bijzonder belangrijk voor grote verlichtingstoepassingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door een Grant-in-Steun voor Wetenschappelijk Onderzoek (nr 24225003). Dit werk werd financieel ondersteund door de JX Nippon Oil & Energy Corporation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) | Aldrich | 571660 | |
| 4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino] triphenylamine (2-TNATA) | Aldrich | 768669 | |
| 9,9-Dimethyl-N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-9H-fluorene-2,7-diamine (DMFL-NPB) | Aldrich | ||
| Poly(ethylene oxide) (PEO) | Aldrich | 182028 | |
| Potassium tirifluoromethansulfonate (KCF3SO3) | Aldrich | 422843 | dried under vacuum at 200 °C for 2 hr prior to use |
| Chloroform | Kanto Chemical Co. | 08097-25 | dehydrated |
| Cyclohexanone | Kanto Chemical Co. | 07555-00 | |
| SCAT 20-X (detergent) | Daiichi Kogyo Seiyaku | diluted with water | |
| Acetone | Kanto Chemical Co. | 01866-25 | Electronic grage |
| 2-propanol | Kanto Chemical Co. | 32439-75 | Electronic grage |
| 13 mm GD/X Disposable Filter Device PVDF Filter Media, Polypropylene Housing | Whatman | 6872-1304 | |
| UV/O3 Treating Unit | SEN Lights Co. | SSP16-110 | |
| Spectral Photo Detector | Otsuka Electronics | MCPD 9800 | |
| Voltage Current Source Monitor | ADCMT | 6241A | |
| Evaporation Mask | Tokyo Process Service Co., Ltd. | NA | The evaporation mask was wet-etched to create openings for patterned deposition of aluminum. The size of the mask is 100 mm x 100 mm x 0.2 mm-thick. |
References
- Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
- Sun, Q., Li, Y., Pei, Q. Polymer light-emitting electrochemical cells for high-efficiency low-voltage electroluminescent devices. J. Disp. Technol. 3 (2), 211-224 (2007).
- Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
- Edman, L., et al. Single-component light-emitting electrochemical cell fabricated from cationic polyfluorene: Effect of film morphology on device performance. J. Appl. Phys. 98 (4), 044502 (2005).
- Fang, J., Matyba, P., Edman, L. The Design and Realization of Flexible, Long-Lived Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Funct. Mater. 19 (16), 2671-2676 (2009).
- Yu, Z., et al. Stabilizing the Dynamic p− i− n Junction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells. J. Phys. Chem. Lett. 2 (5), 367-372 (2011).
- Sandström, A., Dam, H. F., Krebs, F. C., Edman, L. Ambient fabrication of flexible and large-area organic light-emitting devices using slot-die coating. Nat. Commun. 3, 1002 (2012).
- Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
- Yang, Y., Pei, Q. Efficient blue-green and white light-emitting electrochemical cells based on poly 9, 9-bis (3, 6-dioxaheptyl)-fluorene-2, 7-diyl. J. Appl. Phys. 81 (7), 3294-3298 (1997).
- Tang, S., Buchholz, H. A., Edman, L. White Light from a Light-Emitting Electrochemical Cell: Controlling the Energy-Transfer in a Conjugated Polymer/Triplet-Emitter Blend. ACS Appl. Mater. Iterfaces. 7 (46), 25955-25960 (2015).
- Nishikitani, Y., Takizawa, D., Nishide, H., Uchida, S., Nishimura, S. White Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells Fabricated Using Energy Donor and Acceptor Fluorescent π-Conjugated Polymers Based on Concepts of Band-Structure Engineering. J. Phys. Chem. C. 119 (52), 28701-28710 (2015).
- Sun, M., Zhong, C., Li, F., Cao, Y., Pei, Q. A Fluorene− Oxadiazole Copolymer for White Light-Emitting Electrochemical Cells. Macromolecules. 43 (4), 1714-1718 (2010).
- Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
- Tang, S., Pan, J., Buchholz, H. A., Edman, L. White light from a single-emitter light-emitting electrochemical cell. J. Am. Chem. Soc. 135 (9), 3647-3652 (2013).
- Nishikitani, Y., et al. White polymer light-emitting electrochemical cells using emission from exciplexes with long intermolecular distances formed between polyfluorene and π-conjugated amine molecules. J. Appl. Phys. 118 (22), 225501 (2015).
- Tang, S., Mindemark, J., Araujo, C. M. G., Brandell, D., Edman, L. Identifying Key Properties of Electrolytes for Light-Emitting Electrochemical Cells. Chem. Mater. 26 (17), 5083-5088 (2014).
