Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Fabrication de lumière blanche émettant des cellules électrochimiques avec des émissions de Stable exciplexes

Published: November 15, 2016 doi: 10.3791/54628
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 1, 2, 2
1Specialty Chemicals & Materials Company, JX Nippon Oil & Energy Corporation, 2Department of Advanced Science and Engineering, Waseda University, 3Central Technical Research Laboratory, JX Nippon Oil & Energy Corporation

Abstract

Les auteurs présentent une approche de fabrication stable blanc émission de lumière à partir de cellules électrochimiques polymère émettrices de lumière (Plecs) ayant une couche active qui consiste en poly bleu fluorescent (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) ( PFD) et des molécules de triphénylamine π-conjugués. Cette émission de lumière blanche provient de exciplexes formés entre PFD et amines dans les états électroniques excités. Dispositif contenant VFI, 4,4 ', 4' '- tris [2-naphtyle (phényl) amino] triphénylamine (2-TNATA), le poly (oxyde d'éthylène) , et K 2 CF 3 SO 3 montre émission de lumière blanche avec la Commission internationale de l'éclairage (CIE) coordonne de (0,33, 0,43) et un indice de rendu des couleurs (IRC) de Ra = 73 à une tension appliquée de 3,5 V. les mesures de tension constante a montré que la CIE coordonne de (0,27, 0,37), Ra de 67 ans, et la couleur d'émission observée immédiatement après l'application d'une tension de 5 V étaient pratiquement inchangés et stables après300 s.

Protocol

1. Préparation des solutions de couche active

  1. Solution de la couche active pour les dispositifs de PFD amine dopée
    REMARQUE: Le PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naphtyle (phényl) amino] triphénylamine (2-TNATA), 9,9-diméthyl - N -di (1-naphtyl) -N' - N , N '-diphényl-9H-fluorène-2,7-diamine (DMFL-NPB), le poly (oxyde d'éthylène) (PEO), ont été utilisés tels que reçus. Le trifluorométhanesulfonate de potassium (K 2 CF 3 SO 3) a été séché sous vide à 200 ° C pendant 1 heure avant utilisation.
    1. Pour les dispositifs ayant un VFI: rapport d'amine de 1: 0,25, dissoudre 10 mg de PFD et 2,5 mg de l'amine aromatique dans 1 ml de chloroforme et agiter pendant 1 heure à 40 ° C. Pour les personnes ayant une puissance surfacique: rapport d'amine de 1: 1, en utilisant 10 mg de l'amine aromatique.
    2. Par ailleurs, dissoudre 10 mg de PEO dans 1 ml de cyclohexanone et remuer pendant 1 heure à 60 ° C, et dissoudre 2,5 mg de trifluorométhanesulfonate de potassium (KCF 3 SO 3) en 1ml de cyclohexanone et remuez pendant 1 heure à 40 ° C.
    3. Ajouter 0,78 ml de la solution de PEO et de 0,147 ml de la solution KCF 3 SO 3 à la solution de puissance surfacique à l' aide de micropipettes. Agiter la solution mélangée pendant 4 heures à 40 ° C.
    4. Filtrer la solution mélangée à l'aide d'un filtre à membrane avant le revêtement par centrifugation.
  2. Solution de la couche active du dispositif de VFI non dopé
    1. Pour le dispositif de VFI non dopé, dissoudre 10 mg de PFD dans 1 ml de chloroforme et agiter pendant 1 heure à 40 ° C. Les étapes qui suivent sont les mêmes que celles décrites précédemment pour les amines dopées dans VFI 1.1.2 - 1.1.4.

2. Fabrication d'appareils LEC

NOTE: Procédé de fabrication de dispositifs LEC est résumée à la figure 1.

  1. Ultrasons propres motifs oxyde d'indium-étain (ITO) substrats de verre avec un détergent dilué, suivi par l'eau ionisée, l'acétone et le 2-propanol en utilisant unbain bureau à ultrasons (38 kHz) pendant 3 minutes pour chaque étape. Enfin, éliminer le solvant en utilisant un N 2 ventilateur.
  2. Traiter les substrats avec UV / O3 pendant 3 minutes en utilisant un spectrophotomètre UV / O3 unité de traitement selon le protocole du fabricant. Effectuer le procédé de revêtement de la couche active sous une atmosphère inerte dans une boîte à gants.
  3. Définir un substrat nettoyé sur la tête d'une tournette. Distribuer environ 100 ul de la solution de la couche active à l'aide d'une micropipette. Spin le substrat comme suit: 800 rpm pendant 60 secondes, augmenter le taux à 1000 rpm plus de 3 sec, puis tourner à 1000 tours par minute pendant 10 secondes. L'épaisseur de la couche active sera d'environ 150 nm.
  4. Sécher les substrats revêtus dans la boîte à gants du jour au lendemain.
  5. Essuyez excès de polymère pour assurer une connexion d'électrode appropriée et l'encapsulation.
  6. Placez les substrats sur un support d'évaporation pour dépôt d'aluminium. Charger le support dans la chambre d'évaporation, et thermiquement déposer une couche de 100 nm d'aluminiumà un taux d'évaporation de 0,4 nm / sec à travers un masque inoxydable d'évaporation en acier, qui dispose de 3 mm de large ouvertures pour déposer le compteur d'aluminium électrodes.
  7. Lorsque le dépôt est terminé, transférer les dispositifs à une boîte à gants sous atmosphère inerte. Appliquer un cordon de UV résine époxy durcissable sous la forme d'un rectangle à l'aide d'un distributeur. Placez un couvercle en verre (15 mm x 12 mm x 0,7 mm d'épaisseur) sur la résine pour encapsuler le dispositif (voir la figure 1).
  8. Cure de la résine en utilisant un rayonnement UV (dose cumulative: 6000 mJ / cm 2, longueur d' onde: 365 nm) à partir d' une source de lumière LED-UV.

3. Caractérisation

  1. mesures JVL
    REMARQUE: La densité de courant (J) de haute tension (V) -luminance (L) (JVL) les caractéristiques et les coordonnées de la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) a été mesurée au moyen d'un détecteur photoélectrique spectrale équipé d'une tension continue moniteur source de courant. Le système de mesure est commandé par unPC avec un logiciel de contrôle personnalisé pour l'acquisition de données. Le système a été calibré protocole du fabricant suivant et les mesures ont été réalisées dans l'obscurité sous un rideau noir.
    1. Connecter les bornes aux contacts de l'appareil avec des pinces crocodiles. Placez l'appareil sur la scène de mesure.
    2. Exécutez le logiciel de commande pour l'acquisition de données. Le système contrôle la tension appliquée et du courant au fil du temps et recueille les spectres d'émission par le spectromètre à travers une fibre optique.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

L'électroluminescence (EL) spectres ont été utilisés pour calculer les coordonnées de la CIE et les valeurs CRI (figures 2, 4, 5). Les images photographiques des dispositifs électroluminescents ont été collectés pour vérifier la blancheur de l'émission (figure 3).

Les spectres EL des dispositifs de PFD amine dopé et le dispositif de VFI non dopé sont présentés dans la figure 2. Le dispositif de VFI non dopé a montré émission bleue qui correspond à PFD exciton émission. Pendant ce temps, le 2-TNATA et les dispositifs DMFL NPB-dopées ont montré des émissions de longueur d'onde plus longue par rapport au dispositif de puissance surfacique non dopé. Les émissions provenant des dispositifs d'amine dopé provenaient de exciplexes formés entre le VFI et les amines dans les états électroniques excités.

dispositifs dopés Le 2-TNATA et DMFL-CNLC ont montré l'émission de lumière blanche comme on le voit dans la photogra couleur phs des dispositifs d' émission (figure 3). Les changements dans les coordonnées de la CIE des dispositifs d'amine dopée (rapports de dopage de PFD: amine = 1: 0,25 et 1: 1). Sont représentés sur la figure 4 Le dispositif dopé 2-TNATA (PFD: 2-TNATA = 1: 0,25) a montré les coordonnées CIE de (0,33, 0,43) et un indice de rendu des couleurs (IRC) de Ra = 73 à V turn-on = 3,5 V (V turn-on est définie comme la tension nécessaire pour produire une luminance de plus de 1 cd / cm 2 lors d' un balayage de tension de mesure) et le dispositif dopé DMFL-NPB avec le même rapport de PFD: DMFL-NPB (1: 0,25) a montré les coordonnées CIE de x = 0,23, y = 0,33, et un CRI Ra = 54 à V turn-on = 3,5 V. la couleur d'émission du dispositif DMFL-NPB dopé a été légèrement bleu décalé par rapport à celui du dispositif dopé 2-TNATA. Ceci est dû à une différence dans la capacité exciplexe formant des amines avec le VFI, avec le 2-TNATA ayant une plus grande aptitude à former des exciplexes que DMFL-NPB. 15

ontenu "fo: keep-together.within-page =" 1 "> La figure 5 montre les variations de densité de courant, la luminance et les coordonnées CIE de la 2-TNATA dispositif dopé quand une tension constante de 5 V a été appliquée immédiatement après l' application du. tension, le dispositif montré coordonnées CIE (0,27, 0,37) et un Ra de 67, et la couleur d'émission est restée pratiquement inchangée et stable après 300 secondes.

Figure 1
Figure 1. Procédé de fabrication du dispositif LEC. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2. EL spectres d'émission de Plecs, 2-TNATA dopés, DMFL-NPB dispositifs dopés et non dopés.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3
Figure 3. Photo d'émission de lumière à partir des dispositifs d'amine dopé rapport dopage du PFD:. Amine = 1: 1. A) b) dispositif de dispositif dopé 2-TNATA DMFL-NPB dopé (barres d'échelle:.. 5 mm) S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4
Figure 4. Évolution CIE coordonnées des dispositifs dopés avec l' augmentation de la tension 2-TNATA et DMFL-NPD a) Les appareils avec rapport de dopage du PFD:. Amine = 1: 1. B) </ strong> Appareils avec rapport de dopage de PFD: amine = 1:. 0.25 S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5
Figure 5. Évolution temporelle a) les coordonnées de la CIE, la luminance et le courant, et b) l' efficacité, la luminance, et le courant du 2-TNATA dopés Plecs. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Le LEC possède une couche active contenant VFI hydrophobe et d' amines aromatiques, et hydrophiles d' oxyde de polyéthylène et le KCF 3 SO 3. Parce que ces matériaux ont des solubilités très différentes, une préparation minutieuse de la solution de revêtement par centrifugation est essentiel pour éviter la solvatation incomplète. Chacun doit être d'abord dissous séparément et complètement dans les solvants avec la capacité de solvatation suffisante, les solutions sont mélangées ensemble pour former un mélange uniforme. Équilibrer les émissions de excitons et exciplexe est la clé pour obtenir l'émission blanche. Par conséquent, les montants des VFI et des amines doivent être mesurées avec précision.

Dans LEC, il est également important de contrôler la morphologie de la séparation de phase de la couche active. Les auteurs ont tenté d' utiliser d' autres polymères ioniques conducteurs , tels que le triméthylolpropane éthoxylate (TMPE-OH) 16 au lieu de PEO, mais le dispositif fabriqué avec TMPE-OH ne fonctionnaient pas comme LEC. Les matériaux hydrophobes (PFD et aromatiquesamines) et l'électrolyte polymère hydrophile ont tendance à l'élimination séparée, ce qui signifie que les matériaux doivent être choisis avec soin.

La lumière UV utilisée pour durcir la résine peut endommager le matériau de la couche active. Par conséquent, la lumière UV est brillé du côté déposé en aluminium à travers un couvercle de verre pour éviter toute exposition inutile.

Par rapport aux procédés dans lesquels on utilise plusieurs matériaux émetteurs de lumière, de 10 à 14 le procédé décrit ci - dessus présente un avantage majeur en ce que l' émission de lumière blanche peut être obtenue par tout simplement l'addition de composés simples tels que des amines aromatiques. Pour produire de haute lumière blanche CRI, il sera nécessaire d'obtenir des émissions plus larges de la bande avec un spectre plus proche de la lumière du soleil. Parce que exciplexes produisent généralement les émissions à large bande, de trouver de meilleures combinaisons de polymères et d'amines électroluminescentes bleues devraient permettre d'atteindre ces CRI supérieurs.

La figure 5 montre ev de tempsolution de la luminance, la densité de courant, les coordonnées CIE et l' efficacité du CEL 2-TNATA dopée appliquée à une tension constante de 5 V. La figure 4b montre le comportement typique d'un CEL, par exemple en augmentant la luminance et la densité de courant et les variations de l' efficacité lors de les 30 premières secondes de fonctionnement.

Les auteurs ont ainsi démontré la procédure de fabrication pour Plecs avec émission de lumière blanche en utilisant les émissions exciplexe provenant de PFD et des amines. Les auteurs ont également montré la stabilité de cette émission de lumière blanche, une propriété qui est particulièrement important pour les grandes applications zone d'éclairage.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Ce travail a été partiellement financé par une subvention en aide pour la recherche scientifique (n ° 24225003). Ce travail a été soutenu financièrement par le Oil & Energy Corporation JX Nippon.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
  2. 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).
  3. Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).

Tags

Ingénierie numéro 117 un polymère émettant de la lumière cellule électrochimique polymère fluorescent π-conjugué exciplex exciton émission de lumière blanche la couleur indice de rendu
Fabrication de lumière blanche émettant des cellules électrochimiques avec des émissions de Stable exciplexes
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Uchida, S., Takizawa, D., Ikeda, S., … More

Uchida, S., Takizawa, D., Ikeda, S., Takeuchi, H., Nishimura, S., Nishide, H., Nishikitani, Y. Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes. J. Vis. Exp. (117), e54628, doi:10.3791/54628 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter