화이트의 제작 Exciplexes에서 안정 방출과 전기 화학 셀 라이트 발광

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

저자 (청색 형광 폴리 (9,9- 디 -n- dodecylfluorenyl -2,7- 디일)으로 구성되는 활성층을 갖는 고분자 발광 전기 화학 전지에서 안정된 백색 발광 (PLECs)를 제조하는 방법을 제시 PFD)와 π 공역 트리 페닐 아민 분자. 이 백색 발광 전자적으로 흥분 상태에 PFD 및 아민 사이에 형성 exciplexes에서 유래. ', 4' 'PFD 4,4를 포함하는 장치 - 트리스 [2- 나프 틸 (페닐) 아미노] 트리 페닐 아민 (2-TNATA), 폴리 (에틸렌 옥사이드) 및 K ₂ CF ₃ SO ₃ 국제위원회 백색 발광을 나타내었다 드 난 ECLAIRAGE (CIE)는 (0.33, 0.43) 좌표와 연색 지수 (CRI)가 3.5 V. 일정한 전압 측정의인가 전압에서 라 = 73의는 CIE는 (0.27, 0.37), 라 좌표 것으로 나타났다 67, 5 V의 전압을인가 한 직후 관찰 발광색 거의 변하지 이후의 안정300 초.

Research and development of polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) have expanded in recent years.^1-15 PLECs are similar to organic light-emitting diodes (OLEDs) in that both are surface emitting organic devices and are expected to find their way into future lighting applications. OLEDs are already on the market, but the cost is still high, one reason being that OLEDs need a complicated device structure with multiple layers. In contrast, PLECs have a very simple device structure which consists of a single active layer (emitting layer) between a pair of electrodes. This means that PLECs are suited to mass production processes such as roll-to-roll printing and coating.

A PLEC has an active layer consisting of a fluorescent π-conjugated polymer (FCP). The FCP can be electrochemically doped with a polymer electrolyte (a mixture of an ion conducting polymer and a salt). The FCP is p-doped on the anode side and n-doped on the cathode side during operation, and generates excitons which emit light between the p- and n-doped regions. Therefore, the emission color reflects the exciton emission (=fluorescence) wavelength of the FCP.

Stable white light emission is important for lighting applications, and color mixing techniques which employ two or more emitters have been widely used to achieve this.^10-14 Recently, we presented a different approach for obtaining stable white light emission, using an active layer which contains blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and π-conjugated aromatic amines¹⁵. This white light emission comes from exciplexes formed between PFD and amine molecules in excited states. Exciplex emission has a broader spectrum compared to the exciton emission from the PDF and/or amines, which gives it a color close to that of natural light. This translates to a higher color rendering index (CRI), which is preferable for lighting applications.

In this article, the authors describe the procedure used to fabricate the exciplex based LECs and show the stability of their white light emission.

활성 레이어 솔루션 1. 준비

1. 아민 첨가 PFD 장치의 활성층 용액
   주 : PFD, 4,4 ', 4' '- 트리스 [2- 나프 틸 (페닐) 아미노] 트리 페닐 아민 (2-TNATA), 9,9- 다이 메틸 N, N'- 디 (1- 나프 틸) - N 수신으로, N '- 디 페닐로 -9H- 플루 오렌 -2,7- 디아민 (DMFL-NPB)는, 폴리 (에틸렌 옥사이드) (PEO)를 사용 하였다. 칼륨 트리 플루오로 메탄 술포 네이트 (K ₂ CF ₃ SO _3)를 사용하기 전에 1 시간 동안 200 ℃에서 진공 건조 하였다.
   1. 하나의 아민 비율하십시오 PFD를 갖는 디바이스의 경우 0.25, PFD 10mg을 클로로포름 1 ㎖에 방향족 아민 250 mg을 용해하고, 40 ℃에서 1 시간 동안 교반한다. 1 아민 비율 :하십시오 PFD 가진 사람들을 위해 1, 방향족 아민 10 mg을 사용합니다.
   2. (1)를 개별적으로, 시클로 헥사 논 1 ㎖에 PEO 10 ㎎을 용해하고, 60 ℃에서 1 시간 동안 교반하고, 칼륨, 트리 플루오로 메탄 술포 네이트 2.5 ㎎을 용해 (KCF ₃ SO ₃₎시클로 헥사 논 용액 및 40 ° C에서 1 시간 동안 교반한다.
   3. PEO 용액 0.78 mL 및 마이크로 피펫을 사용하여 PFD 솔루션에 KCF ₃ SO ₃ 용액의 0.147 ML을 추가합니다. 40 ° C에서 4 시간 동안 혼합 용액을 교반한다.
   4. 스핀 코팅 이전의 멤브레인 필터를 사용하여 혼합 용액을 필터.
2. 도핑 PFD 장치 활성층 용액
   1. 도핑 PFD 장치 클로로포름 1 ㎖에 PFD 10 ㎎을 용해하고, 40 ℃에서 1 시간 동안 교반한다. 1.1.4 - 수행 단계 1.1.2의 아민 도핑 PFDs 대해 전술 한 것과 동일하다.

LEC 장치 2. 제조

주 : LEC 장치의 제조 공정은도 1에 요약 하였다.

1. 이온수, 아세톤 및 2- 프로판올은을 사용하여 희석 하였다 세제로 초음파 깨끗한 무늬 인듐 - 주석 산화물 (ITO) 유리 기판각 단계에 대한 3 분 동안 데스크톱 초음파 목욕 (38 kHz에서). 마지막으로, N ₂ 송풍기를 이용하여 용매를 제거한다.
2. 제조 업체의 프로토콜에 따라 유닛을 치료 자외선 / O _3를 사용하여 3 분 동안 UV / O ₃ 기판을 취급합니다. 글러브 박스에서, 불활성 분위기 하에서 활성층 코팅 공정을 수행한다.
3. 스핀 코터의 머리에 청소 기판을 설정합니다. 마이크로 피펫을 사용하여 활성층 용액을 약 100 μl를 분배. 다음으로 기판을 스핀 : 800 rpm으로 60 초 후, 10 초 동안 1000 rpm에서 스핀 3 초 동안 1000 rpm으로 속도를 증가시킨다. 활성층의 두께는 약 150 나노 미터 일 것이다.
4. 글러브 박스 하룻밤에 코팅 된 기판을 건조시킵니다.
5. 적절한 전극 연결 및 캡슐화를 보장하기 위해 여분의 중합체를 닦아냅니다.
6. 알루미늄 증착하기위한 증착 홀더에 기판을 놓습니다. 증착 챔버 내의 홀더로드 및 열적 알루미늄을 100 nm의 층을 증착3mm 알루미늄 대향 전극을 증착 넓은 개구부를 갖는 스테인리스 스틸 마스크를 통해 증착 0.4 ㎚ / 초의 증착 속도로.
7. 증착이 완료 될 때, 불활성 분위기 하의 글로브 박스에 반송 장치. 디스펜서를 사용하여 사각형 형상으로 UV 경화형 에폭시 수지의 비드를 적용한다. 커버 유리 (15mm X X 0.7 mm 두께 12mm) 장치를 캡슐화 수지에 (그림 1 참조)을 놓습니다.
8. 자외선 LED를 광원으로 사용하는 수지 UV 방사선 (: 6000 mJ의 / ^㎠, 파장 365 nm의 누적 투여 량)을 치료.

3. 특성

1. JVL 측정
   주 : 전류 밀도 (J) - 전압 (V) -luminance (L)은 (JVL) 특성 및 국제 조명위원회 드 난 ECLAIRAGE (CIE) 좌표는 DC 전압 전류원 모니터가 장착 된 스펙트럼 광 검출기를 사용하여 측정 하였다. 측정 시스템은 제어되고데이터 수집을위한 사용자 지정 컨트롤 소프트웨어를 PC. 이 시스템은 다음 제조업 자의 프로토콜을 교정하고, 측정 검정 커튼하에 어둠 속에서 수행 하였다.
   1. 악어 클립 장치의 연락처에 단자를 연결합니다. 측정 단계에서 장치를 놓습니다.
   2. 데이터 수집을위한 제어 소프트웨어를 실행합니다. 이 시스템은 시간에 따른인가 된 전압과 전류를 제어하고, 광파이버를 통하여 분광기에 의한 발광 스펙트럼을 수집한다.

전계 발광 (EL) 스펙트럼은 CIE 좌표 및 CRI 값 (도 2, 4, 5)를 계산하는데 사용되었다. 발광 소자의 사진 이미지가 발광 (도 3)의 백색도를 확인하기 위해 수집 하였다.

아민 첨가 PFD 장치 및 도핑되지 않은 PFD 장치의 EL 스펙트럼을도 2에 나타낸다. 도핑 된 PFD 장치 PFD 여기자 방출에 해당하는 청색 발광이 보였다. 한편, 2-TNATA 및 DMFL-NPB 도핑 장치는 PFD 도핑 장치에 비해 장파장 방출을 나타내었다. 아민 도핑 장치에서 방출 전자 여기 상태에서 PFD 및 아민 사이에 형성 exciplexes에서 유래.

컬러 photogra 된 바와 같이 2-TNATA 및 DMFL-NPB 도핑 장치는 백색 발광을 나타내었다 발광 장치의 PHS (그림 3). 아민 도핑 장치의 CIE 좌표의 변화 (PFD 도핑 비율 : 아민 = 1 : 0.25 내지 1 : 1).도 4에 도시 된 2-TNATA 도핑 장치 (PFD : 2-TNATA = 1 : 0.25) 보여 CIE는 (0.33, 0.43) 좌표와 ra의 = 73 V _{턴 - 온} = 3.5 _{턴에 1} 위에 CD의 휘도를 생산하는 데 필요한 전압으로 정의된다 V (V / cm에서 연색 지수 (CRI) PFD의 동일한 비율로 전압 스윕 측정)와 DMFL-NPB 도핑 장치 중 ² : DMFL-NPB (1 : 0.25), y는 0.33 =, CIE는 X = 0.23의 좌표를 보였으며, V에서 라 = 54의 CRI _턴온 = DMFL-NPB 도핑 장치의 발광색은 청색이었다 약간 3.5 V.는 2 TNATA 도핑 장치에 비해 이동했다. 이것은 2-TNATA는 DMFL NPB보다 exciplexes을 형성하는 더 큰 능력을 가지는 상기 PFD와 아민의 능력을 형성 exciplex의 차이에 기인한다. ¹⁵

그림 1. LEC 장치의 제조 방법. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

PLECs도 2의 EL 발광 스펙트럼이-TNATA 도핑 및 도핑되지 않은 장치를 도핑 DMFL-NPB.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

아민 도핑 장치에서 발광 그림 3. 사진 PFD의 도핑 비율 :. 아민 = 1 :.. 1) 2-TNATA 도핑 장치 나) DMFL-NPB 도핑 장치 (스케일 바 :. 5mm) 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

CIE 그림 4. 변경 사항은 2-TNATA 및 DMFL-NPD 전압을 증가 도핑 장치의 좌표 PFD의 도핑 비율을 가진) 장치 :. 아민 = 1 :. 1 b)는 <아민 = 1 : PFD의 도핑 비율 / strong>을 장치. 0.25 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

CIE 좌표, 휘도 및 전류, b)의 효능, 휘도 및 2-TNATA의 전류가 PLECs를 도핑 된) 그림 5. 시간적 진화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

LEC의 소수성 PFD 및 방향족 아민과 친수성 폴리에틸렌 옥사이드와 KCF ₃ SO _3을 포함하는 활성층을 가지고있다. 이러한 물질은 매우 다른 용해성을 가지고 있기 때문에, 스핀 코팅 용액의 제조 조심 불완전 매화를 피하기 위해 중요하다. 각 제 균일 한 혼합물을 형성 한 다음이 용액을 함께 혼합되어 충분한 매화 능력을 가진 용매에 개별적으로 완전히 용해되어야한다. 엑시톤과 exciplex 방출 균형은 흰색 발광을 얻는 열쇠입니다. 따라서, PFD와 아민의 양을 정확하게 측정 할 수 있어야합니다.

수정체 상피에서 활성층의 상분리의 형태를 제어하는 ​​것도 중요하다. 저자는 다른 이온 전도성 등의 트리메틸 올 프로판에 톡실 레이트 등의 중합체 (TMPE-OH) 대신 PEO ^16을 사용했지만, TMPE-OH로 제작 된 장치는 LEC로 작동하지 않았다. 소수성 물질 (PFD 및 방향족아민)과 친수성 고분자 전해질 재료를 신중하게 선택해야한다는 것을 의미 위상-분리하는 경향이있다.

수지의 경화에 사용되는 UV 광 활성층 재료를 손상시킬 수있다. 따라서, UV 광이 불필요 노광을 방지하기 위해 덮개 유리를 통해 알루미늄 증착면에서 빛나고있다.

복수의 발광 재료가 사용되는 방법에 비해, 상기 ^{(10-14)에있어서,} 해당 백색 발광의 주요 이점은, 방향족 아민 화합물 간단한 단지 첨가를 통해 수득 될 수 있습니다. 높은 CRI 백색광을 생성하기 위해, 태양 광에 가까운 스펙트럼 넓은 밴드 방출을 얻기 위해 필요하다. exciplexes 일반적 청색 발광 폴리머 및 아민의 더 나은 조합을 찾는 광대역 방출을 생산할 수 있기 때문에 이러한 높은 크리스틴을 달성해야한다.

그림 5는 시간 EV를 보여줍니다휘도, 전류 밀도, CIE 좌표 및 2-TNATA 도핑 LEC의 효능 olution 5 V.도 4b의 일정 전압인가는 동안 효능 휘도와 전류 밀도 변화의 증가 등의 LEC의 전형적인 동작을 도시 동작의 제 30초.

저자는 따라서 PFD 및 아민 유래 exciplex 방출을 이용한 백색 발광으로 PLECs 대한 제조 과정을 설명했다. 저자는이 백색 발광의 안정성, 대 면적 조명 애플리케이션에 특히 중요 속성을 보여 주었다.

The authors have nothing to disclose.

이 작품은 부분적으로 과학 연구에 대한 보조금의 원조 (번호 24225003)에 의해 지원되었다. 이 작품은 JX 니폰 오일 & 에너지 사에 의해 재정적으로 지원되었다.