La fabricación de la luz blanca de emisores de celdas electroquímicas con emisión estable de exciplejos

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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).

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Abstract

Los autores presentan un método para la fabricación estable de emisión de luz blanca a partir de células electroquímicas emisores de luz de polímero (plecs) que tiene una capa activa que consiste en poli-azul fluorescente (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diilo) ( PFD) y moléculas trifenilamina π-conjugados. Esta emisión de luz blanca se origina a partir exciplejos formados entre PFD y aminas en estados excitados electrónicamente. Un dispositivo que contiene PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftilo (fenil) amino] trifenilamina (2-TNATA), poli (óxido de etileno) y K 2 CF 3 SO 3 mostró emisión de luz blanca con Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) coordenadas (0,33, 0,43) y un índice de rendimiento de color (CRI) de Ra = 73 a una tensión aplicada de las mediciones de voltaje constante 3,5 V. mostró que la CIE coordenadas (0,27, 0,37), Ra de 67, y el color emisión observada inmediatamente después de la aplicación de una tensión de 5 V fueron casi sin cambios y estable después de300 sec.

Protocol

1. Preparación de soluciones capa activa

  1. Solución de la capa activa de los dispositivos de PFD amina dopado
    NOTA: El PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftil (fenil) amino] trifenilamina (2-TNATA), 9,9-dimetil-N, N' di (1-naftil) - N , N 'difenil-9H-fluoreno-2,7-diamina (DMFL-NPB), poli (óxido de etileno) (PEO), se utilizaron tal como se recibieron. El trifluorometanosulfonato de potasio (K 2 CF 3 SO 3) se secó a vacío a 200 ° C durante 1 hora antes de su uso.
    1. Para los dispositivos que tienen un PFD: relación de amina de 1: 0,25, se disuelven 10 mg de PFD y 2,5 mg de la amina aromática en 1 ml de cloroformo y se agita durante 1 hora a 40 ° C. Para los que tienen un PFD: relación de amina de 1: 1, utilizar 10 mg de la amina aromática.
    2. Por separado, se disuelven 10 mg de PEO en 1 ml de ciclohexanona y se agita durante 1 hora a 60 ° C, y se disuelven 2,5 mg de trifluorometanosulfonato de potasio (KCF 3 SO 3) en 1ml de ciclohexanona y se agita durante 1 hora a 40 ° C.
    3. Añadir 0,78 ml de la solución de PEO y 0,147 ml de la solución de KCF 3 SO 3 a la solución PFD utilizando micropipetas. Se agita la solución mixta durante 4 horas a 40 ° C.
    4. Filtrar la solución se mezcló usando un filtro de membrana antes de girar recubrimiento.
  2. Solución de la capa activa para el dispositivo PFD no dopado
    1. Para el dispositivo PFD no dopado, se disuelven 10 mg de PFD en 1 ml de cloroformo y se agita durante 1 hora a 40 ° C. Los pasos que siguen son los mismos que los descritos anteriormente para los PFDs amina dopado en 1.1.2 - 1.1.4.

2. fabricación de dispositivos LEC

NOTA: El proceso de fabricación de dispositivos de LEC se resume en la Figura 1.

  1. óxido de indio-estaño (ITO) modelada sustratos de vidrio limpias con ultrasonidos detergente diluido, seguido de agua desionizada, acetona y 2-propanol usando unabaño de escritorio de ultrasonidos (38 kHz) durante 3 min para cada paso. Por último, eliminar el disolvente usando un soplador de N2.
  2. Tratar los sustratos con UV / O 3 para 3 min usando un UV / O 3 unidad de tratamiento de acuerdo con el protocolo del fabricante. Realizar el proceso de recubrimiento de la capa activa en una atmósfera inerte en una caja de guantes.
  3. Establecer un sustrato limpiado en la cabeza de una recubridora de rotación. Dispensar alrededor de 100 l de la solución de la capa activa utilizando una micropipeta. Girar el sustrato de la siguiente manera: 800 rpm durante 60 seg, a aumentar la tasa a 1.000 rpm durante 3 segundos, a continuación, girar a 1000 rpm durante 10 s. El espesor de la capa activa será de alrededor de 150 nm.
  4. Se secan los sustratos revestidos de la noche a la mañana guantera.
  5. Retirar el exceso de polímero para asegurar una conexión adecuada del electrodo y la encapsulación.
  6. Coloque los sustratos sobre un soporte de evaporación para la deposición de aluminio. Cargar el soporte en la cámara de evaporación, y térmicamente depositar una capa de 100 nm de aluminioa una velocidad de evaporación de 0,4 nm / seg a través de una máscara de la evaporación de acero inoxidable, que tiene 3 mm de ancho aberturas para depositar los contraelectrodos de aluminio.
  7. Cuando la deposición se ha completado, la transferencia de los dispositivos a una caja de guantes bajo una atmósfera inerte. Aplicar una gota de resina epoxi curable UV en la forma de un rectángulo con un dispensador. Coloque una cubierta de vidrio (15 mm x 12 mm x 0,7 mm de espesor) en la resina para encapsular el dispositivo (véase la Figura 1).
  8. Curar la resina usando la radiación UV (dosis acumulativa: 6.000 mJ / cm 2, longitud de onda: 365 nm) a partir de una fuente de luz UV-LED.

3. Caracterización

  1. mediciones JVL
    NOTA: La densidad de corriente (J) de baja tensión (V) -luminance (L) (JVL) las características y las coordenadas Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) se midieron utilizando un detector de foto espectral equipado con un monitor de fuente de corriente de tensión continua. El sistema de medición se controla mediante unaPC con un software de control personalizado para la adquisición de datos. El sistema fue calibrado protocolo siguiente del fabricante y las mediciones se realizaron en la oscuridad bajo una cortina de negro.
    1. Conectar los terminales a los contactos del dispositivo con pinzas de cocodrilo. Coloque el dispositivo en la etapa de medición.
    2. Ejecutar el software de control para la adquisición de datos. El sistema controla el voltaje aplicado y la corriente con el tiempo y recoge los espectros de emisión por el espectrómetro a través de una fibra óptica.

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Representative Results

La electroluminiscencia (EL) espectros se utiliza para calcular las coordenadas CIE y los valores de CRI (Figuras 2, 4, 5). Se recogieron las imágenes fotográficas de los dispositivos emisores para verificar la blancura de la emisión (Figura 3).

Los espectros de EL de los dispositivos de PFD amina dopado y el dispositivo de PFD no dopado se muestra en la Figura 2. El dispositivo PFD no dopado mostró emisión azul que corresponde a la emisión de excitones PFD. Mientras tanto, el 2-TNATA y los dispositivos DMFL-NPB dopados mostraron las emisiones de longitud de onda más largas en comparación con el dispositivo de PFD no dopado. Las emisiones procedentes de los dispositivos de amina dopado originó a partir de exciplejos formados entre el PFD y aminas en estados excitados electrónicamente.

La dispositivos dopados 2-TNATA y la DMFL-NPB mostraron emisión de luz blanca como se ve en el color de photogra PHS de los dispositivos emisores de luz (Figura 3). Los cambios en las coordenadas CIE de los dispositivos de amina dopado (relaciones de dopaje de PFD: amina = 1: 0,25 y 1: 1). Se muestra en la Figura 4 El dispositivo de dopado 2-TNATA (PFD: 2-TNATA = 1: 0,25) mostró coordenadas CIE de (0.33, 0.43) y un índice de rendimiento de color (CRI) de Ra = 73 en V encendido = 3,5 V (V encendido se define como la tensión necesaria para producir una luminancia de más de 1 cd / cm 2 durante una medición de barrido de tensión) y el dispositivo de dopado DMFL-NPB con la misma relación de PFD: DMFL-NPB (1: 0,25) mostraron coordenadas CIE de x = 0,23, y = 0,33, y un CRI de Ra = 54 a V de encendido = 3,5 V. el color de emisión del dispositivo DMFL-NPB dopado fue desplazado ligeramente azul en comparación con la del dispositivo dopado 2-TNATA. Esto se debe a una diferencia en la formación de exciplex capacidades de las aminas con el PFD, con 2-TNATA que tiene una mayor capacidad para formar exciplejos que DMFL-NPB. 15

ontenido "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figura 5 muestra los cambios en la densidad de corriente, luminancia y CIE coordenadas del 2-TNATA dispositivo de dopado cuando se aplica un voltaje constante de 5 V Inmediatamente después de aplicar el. tensión, el dispositivo mostró coordenadas CIE de (0,27, 0,37) y una Ra de 67, y el color de emisión era casi sin cambios y estable después de 300 seg.

Figura 1
Figura 1. Proceso de fabricación del dispositivo de LEC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. EL espectros de emisión de plecs, 2-TNATA dopado, DMFL-NPB dispositivos dopadas y no dopadas.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3. Fotografía de la emisión de luz de los dispositivos de amina dopado relación de dopaje del PFD:. Amina = 1:.. 1 a) 2-TNATA dispositivo dopado b) DMFL-NPB dispositivo dopado (barra de escala:. 5 mm) Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Cambios en las coordenadas CIE de la 2-TNATA y la DMFL-NPD dispositivos dopados al aumentar el voltaje a) Los dispositivos con relación dopaje del PFD:. Amina = 1: 1. B) </ strong> Los dispositivos con relación dopaje del PFD: amina = 1: 0,25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5. Evolución temporal de a) las coordenadas CIE, luminancia y corriente, y b) la eficacia, la luminancia, y la corriente de la 2-TNATA dopados plecs. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El LEC tiene una que contiene PFD hidrófobo y aminas aromáticas, y óxido de polietileno hidrófilo y KCF 3 SO 3 capa activa. Debido a que estos materiales tienen muy diferentes solubilidades, cuidadosa preparación de la solución de recubrimiento por centrifugación es crítico para evitar la solvatación incompletos. Cada uno debe disolverse primero por separado y completamente en disolventes con suficiente capacidad de solvatación, a continuación, las soluciones se mezclan entre sí para formar una mezcla uniforme. Equilibrio de las emisiones de excitones y exciplejo es clave para la obtención de emisión blanco. Por lo tanto, las cantidades de PFD y aminas deben ser medidas con precisión.

En LEC también es importante para controlar la morfología de separación de fases de la capa activa. Los autores trataron de usar otros polímeros de iones tales como la realización de etoxilato de trimetilolpropano (TMPE-OH) en lugar de 16 PEO, pero el dispositivo fabricado con TMPE-OH no funcionaron como un LEC. Los materiales hidrófobos (PFD y aromáticoaminas) y el electrolito de polímero hidrófilo tienden a eliminar gradualmente por separado, lo que significa que los materiales deben ser seleccionados cuidadosamente.

La luz UV se utiliza para curar la resina puede dañar el material de la capa activa. Por lo tanto, la luz UV se brilla desde el lado aluminio depositado a través de una cubierta de vidrio para evitar la exposición innecesaria.

En comparación con los métodos en los que se utilizan múltiples materiales emisores de luz, 10 a 14 el método descrito anteriormente tiene una ventaja importante en que la emisión de luz blanca se puede obtener a través de sólo la adición de compuestos simples, tales como aminas aromáticas. Para producir luz blanca de alta CRI, será necesario para obtener las emisiones de banda más ancha con un espectro más cerca de la luz solar. Debido exciplejos generalmente producen emisiones de banda ancha, la búsqueda de mejores combinaciones de polímeros y aminas azules emisores de luz debería permitir alcanzar estos centros regionales de inversión más altos.

La Figura 5 muestra el tiempo evolución de luminancia, densidad de corriente, las coordenadas CIE y la eficacia de la LEC dopado-2-TNATA aplica a un voltaje constante de 5 V. La Figura 4B muestra el comportamiento típico de un LEC, como el aumento de luminancia y densidad de corriente y cambios en la eficacia durante los primeros 30 segundos de operación.

Así, los autores han demostrado el procedimiento de fabricación de plecs con emisión de luz blanca utilizando las emisiones procedentes de exciplejo PFD y aminas. Los autores también han demostrado la estabilidad de esta emisión de luz blanca, una característica que es especialmente importante para grandes aplicaciones de iluminación de la zona.

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Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado en parte por una subvención-en-Ayudas a la Investigación Científica (Nº 24225003). Este trabajo fue apoyado financieramente por el 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.

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References

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