Изготовление Белый светоизлучающих электрохимических ячеек с устойчивое излучение от эксиплексов

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.

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.

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.

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.

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

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

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. 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. 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. 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.

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.

The authors have nothing to disclose.

Эта работа была частично поддержана дотация для научных исследований (№ 24225003). Эта работа была выполнена при финансовой поддержке JX Nippon Oil & Energy Corporation.