Изготовление Белый светоизлучающих электрохимических ячеек с устойчивое излучение от эксиплексов

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Авторы представляют подход для изготовления стабильного белого светового излучения из полимерных светоизлучающих электрохимических ячеек (PLECs), имеющий активный слой, который состоит из сине-флуоресцентный поли (9,9-ди-н-dodecylfluorenyl-2,7-диил) ( ПФО) и π-сопряженных молекул трифениламин. Этот белый свет излучение происходит из эксиплексов, образованных между ОФП и аминов в электронно-возбужденных состояний. Устройство , содержащее PFD, 4,4 ', 4' '- трис [2-нафтил (фенил) амино] трифениламин (2-TNATA), поли (этиленоксида) и K 2 CF 3 SO 3 белеют световое излучение с Commission Internationale де l'ECLAIRAGE (CIE) координаты (0,33, 0,43) и Индекс цветопередачи (CRI) Ра = 73 при напряжении измерений постоянном напряжении 3,5 В. показал, что МКО координаты (0.27, 0.37), Ra из 67, а цвет наблюдаемой эмиссии сразу после приложения напряжения 5 V были почти без изменений и стабильными после300 сек.

Protocol

1. Получение активного слоя растворов

  1. Активный слой раствора для аминов , легированного ПФО устройств
    Примечание: ПФО, 4,4 ', 4' '- трис [2-нафтил (фенил) амино] трифениламин (2-TNATA), 9,9-диметил - N, N' -ди (1-нафтил) - N , N 'дифенил-9Н-флуорен-2,7-диамина (DMFL-НПБ), поли (этиленоксид) (ПЭО), использовались как общепринято. Трифторметансульфонат калия (K 2 CF 3 SO 3) сушат в вакууме при 200 ° С в течение 1 ч до использования.
    1. Для устройств, имеющих ОФП: соотношение амина 1: 0,25, растворите 10 мг ПФД и 2,5 мг ароматического амина в 1 мл хлороформа и перемешивали в течение 1 ч при 40 ° С. Для тех, имеющих ОФП: соотношение амина 1: 1, используют 10 мг ароматического амина.
    2. Отдельно растворяют 10 мг полиэтиленоксида в 1 мл циклогексанона и перемешивают в течение 1 ч при 60 ° С, и растворяют в дозе 2,5 мг трифторметансульфоната калия (KCF 3 SO 3) в 1мл циклогексанона и перемешивают в течение 1 ч при 40 ° С.
    3. Добавить 0,78 мл раствора ПЭО и 0,147 мл раствора KCF 3 SO 3 в раствор ПФД с использованием микропипетки. Перемешивайте смесь раствор в течение 4 ч при 40 ° С.
    4. Фильтр смешанного раствора с использованием мембранного фильтра до начала покрытия центрифугированием.
  2. Активный слой раствора для нелегированного устройства ПФО
    1. Для нелегированного устройства ПФО, растворяют 10 мг ОФП в 1 мл хлороформа и перемешивали в течение 1 ч при 40 ° С. Шаги, которые следуют такие же, как те, что описаны выше дл аминов, легированного PFDs в 1.1.2 - 1.1.4.

2. Изготовление LEC устройств

Примечание: Процесс изготовления LEC устройств приведены на рисунке 1.

  1. Чистые ультразвуком узорной оксида индия-олова (ITO) стеклянные подложки с моющим средством разбавленным, а затем ионизированной воды, ацетона и 2-пропанола с использованиемрабочий стол ультразвуковой ванны (38 кГц) в течение 3 мин на каждом шаге. Наконец, растворитель удаляют с использованием N 2 вентилятора.
  2. Лечить субстраты с UV / O 3 в течение 3 мин с использованием УФ / O 3 обработки блока в соответствии с протоколом производителя. Провести активный процесс слоя покрытия, в инертной атмосфере в перчаточном боксе.
  3. Установите очищенную подложку на головке спинового нанесения покрытий. Разливают около 100 мкл раствора активного слоя с помощью микропипетки. Спин подложку следующим образом: 800 оборотов в минуту в течение 60 сек, увеличить скорость до 1000 оборотов в минуту в течение 3 сек, затем вращаются со скоростью 1000 оборотов в минуту в течение 10 сек. Толщина активного слоя будет около 150 нм.
  4. Сухие подложки с покрытием в перчаточном ящике в течение ночи.
  5. Сотрите избыток полимера, чтобы обеспечить надлежащее соединение электрода и герметизацию.
  6. Поместите субстраты на державке испарения для осаждения алюминия. Загрузите держатель в испарительную камеру, и термически депонировать 100 нм слой алюминияпри скорости испарения 0,4 нм / с через маску из нержавеющей стали испарения, который имеет 3 мм широкие отверстия для осаждения алюминия противоположные электроды.
  7. Когда осаждение завершено, передача устройств в перчаточной камере в атмосфере инертного газа. Нанесите валик УФ-отверждаемые эпоксидной смолы в форме прямоугольника с помощью дозатора. Поместите крышку стекла (15 мм х 12 мм х 0,7 мм толщиной) на смоле , чтобы инкапсулировать устройство (рисунок 1).
  8. Отверждения смолы с помощью УФ - излучения (кумулятивная доза: 6000 мДж / см 2, длина волны: 365 нм) от источника УФ-LED света.

3. Характеристика

  1. измерения JVL
    ПРИМЕЧАНИЕ: плотность тока (J) -Напряжение (V) -luminance (L) (JVL) характеристики и Международная комиссия по де l'Eclairage (CIE) координаты были измерены с использованием спектрального фотодетектор оборудован источником тока контроля напряжения постоянного тока. Система измерения контролируетсяПК с программным обеспечением таможенного контроля для сбора данных. Система была откалибрована протокол следующие производителя и измерения проводились в темноте под черным занавесом.
    1. Подключите клеммы к контактам устройства с зажимами. Поместите устройство на этапе измерения.
    2. Запустить управляющее программное обеспечение для сбора данных. Система контролирует приложенное напряжение и ток с течением времени и собирает спектры излучения спектрометром через оптическое волокно.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Электролюминесценции (EL) спектры были использованы для вычисления координат CIE и значения CRI (Рисунки 2, 4, 5). Были собраны Фотографические изображения излучающего устройства для проверки белизной излучения (рисунок 3).

Спектры EL амина , легированного ПФО устройств и нелегированного устройства ПФО показаны на рисунке 2. Нелегированный устройство ПФО показало голубое излучение , которое соответствует ПФО экситонной эмиссии. Между тем, 2-TNATA и DMFL-НПБ, легированные устройства показали более длинные длины волны эмиссии по сравнению с нелегированной устройства ПФО. Выбросы из амина, легированного устройств возник из эксиплексов, образованных между ОФП и аминов в электронно-возбужденных состояний.

2-TNATA, а DMFL-НПБ, легированные устройства показали белого света излучения, как видно в цвете photogra PHS излучающего устройства (рисунок 3). Изменения в CIE координат аминов , легированного устройств (легирующие соотношениях ПФД: амин = 1: 0,25 и 1: 1). Показаны на рисунке 4 , легированном устройство 2-TNATA (PFD: 2-TNATA = 1: 0,25) показали CIE координаты (0,33, 0,43) и Индекс перевода цвета (CRI) Ра = 73 при V включении = 3,5 V (V включения определяется как напряжение , необходимое для получения яркости более 1 кд / см 2 во время развертки напряжения измерения) и легированного устройством DMFL-НПБ с тем же отношением ПФО: DMFL-НПБ (1: 0,25) показали CIE координаты х = 0,23, у = 0,33, и CRI Ра = 54 при V коммутируемое = 3,5 В. цвет излучение DMFL-НПБ , легированного устройство было слегка синим сдвинутый по сравнению с легированным устройства 2-TNATA. Это происходит из - за разницы в эксиплекса формующей способности аминов с ОФП, с 2-TNATA , имеющий большую способность образовывать эксиплексы чем DMFL-НПБ. 15

ontent "ВОК: Keep-together.within-страницу =" 1 "> На рисунке 5 показаны изменения плотности тока, яркости и CIE координаты 2-TNATA легированный устройства при приложении постоянного напряжения 5 V Сразу же после нанесения. напряжение, прибор показал МКО координаты (0,27, 0,37), и Ra из 67, а цвет излучения был практически неизменным и стабильным после 300 сек.

Рисунок 1
Рисунок 1. Процесс изготовления LEC устройства. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2. Спектры излучения ЭЛ PLECs, 2-TNATA легированный, DMFL-НПБ , легированные и нелегированные устройств.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Фотография светового излучения из амина легированного устройств соотношение легирование ПФО:. Амин = 1:.. 1 а) 2-TNATA легированного устройство б) DMFL-НПБ , легированного устройство (масштабные линейки:. 5 мм) Пожалуйста , нажмите здесь для просмотра увеличенной версии этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Изменения в CIE координаты 2-TNATA и DMFL-NPD , легированные устройств с ростом напряжения а) Устройства с отношением легирования ПФО:. Амин = 1: 1 . Б) </ STRONG> Устройства с отношением легирования ПФО: амин = 1: 0,25. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5. Временная эволюция а) CIE координат, яркости и тока, а также б) эффективность, яркость, и ток 2-TNATA легированного PLECs. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

LEC имеет активный слой , содержащий гидрофобный ПФД и ароматические амины, так и гидрофильные полиэтиленоксида и KCF 3 SO 3. Поскольку эти материалы имеют очень различную растворимость, тщательное приготовление раствора нанесения покрытия имеет решающее значение, чтобы избежать неполного сольватации. Каждый должен быть сначала растворяют отдельно и полностью в растворителях с достаточной способностью сольватирую-, то растворы смешивают вместе с получением однородной смеси. Балансировка экситонной и эксиплексных выбросов является ключом к получению белого излучения. Таким образом, количества ПФД и аминов должны быть точно измерены.

В МИК также важно контролировать морфологию фазового разделения активного слоя. Авторы пытались использовать другие ионные проводящие полимеры , такие как триметилолпропан этоксилата (TMPE-OH) 16 вместо ПЭО, но устройство изготовлено с TMPE-ОН не действовал в качестве LEC. Гидрофобные материалы (ОФП и ароматическиеамины) и гидрофильный полимерный электролит, как правило, разделение фаз, а это означает, что материалы должны быть тщательно подобраны.

УФ-свет, используемый для отверждения смолы может привести к повреждению материала активного слоя. Таким образом, УФ-свет сиял из алюминия, осажденного стороне через стеклянную крышку, чтобы избежать ненужного воздействия.

По сравнению с методами , в которых используются несколько светоизлучающих материалов, 10-14 способ , описанный выше , имеет большое преимущество в том , что белого светового излучения может быть получена только через добавление простых соединений , таких как ароматические амины. Для получения высокой CRI белый свет, то это будет необходимо для получения более широких выбросов полоса с спектра ближе к солнечному свету. Поскольку эксиплексы обычно производят широкополосные выбросы, находя лучшие сочетания синих светоизлучающих полимеров и аминов должны сделать возможным для достижения этих более высоких РИЦ.

На рисунке 5 показано время эвспособность по яркости, плотности тока, координатах CIE и эффективности 2-TNATA-легированного LEC применяется при постоянном напряжении 5 В. На рисунке 4б показано типичное поведение LEC, например, повышение яркости и плотности тока и изменения в эффективности во время первые 30 секунд работы.

Авторы, таким образом, продемонстрировали процедуру изготовления для PLECs с белым светом излучения с использованием эксиплексных выбросов, происходящих из ПФО и аминов. Авторы также показали стабильность этого белого свечения, свойство, которое особенно важно для больших приложений области освещения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Эта работа была частично поддержана дотация для научных исследований (№ 24225003). Эта работа была выполнена при финансовой поддержке 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.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics