Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Perangkat Pemancar Cahaya Organik Trilayer Fosforescent Efisien Tanpa Lapisan Modifikasi Elektroda dan Mekanisme Kerjanya

Abstrak

Saat ini, banyak lapisan fungsional diperkenalkan untuk meningkatkan injeksi pembawa dan menyeimbangkan transportasi pembawa dalam perangkat pemancar cahaya organik (OLED). Meskipun mungkin cara yang baik untuk meningkatkan efisiensi perangkat, pengenalan lapisan fungsional juga akan menghasilkan proses ekstra dan periode pembuatan yang lama. Sebenarnya, dengan pengayaan sistem material, banyak material yang sesuai dapat dipilih untuk berbagi dua atau bahkan lebih fungsi dalam OLED. Di sini, melalui spektroskopi impedansi dan analisis elektroluminesensi transien, di-[4-(N ,T -ditolyl-amino)-phenyl] cyclohexane (TAPC) dan 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen) terbukti berfungsi sebagai lapisan pembawa injeksi dan transport secara bersamaan. Hasilnya, OLED trilayer yang efisien dicapai dengan kinerja yang sebanding dengan perangkat multilayer konvensional. Studi lebih lanjut juga telah dilakukan untuk menganalisis mekanisme rekombinasi dan pendinginan dalam perangkat. TAPC dapat memblokir elektron secara efektif, sementara Bphen menghindari akumulasi lubang. Itu membuat pembawa di lapisan pemancar menjadi lebih seimbang, menghasilkan pengurangan roll-off efisiensi.

Latar Belakang

Semua orang tahu bahwa perangkat pemancar cahaya organik (OLED) telah menarik banyak perhatian untuk pencahayaan solid-state, tampilan penuh warna, dan sebagainya. Banyak lapisan fungsional, seperti lapisan modifikasi anoda (AML), lapisan modifikasi katoda (CML), lapisan pemblokiran lubang (HBL), dan lapisan pemblokiran elektron (EBL), telah diperkenalkan di OLED untuk mencapai tinggi -efisiensi dan tegangan nyala rendah. AML dan CML masing-masing digunakan untuk meningkatkan lubang atau injeksi elektron [1, 2]. Sedangkan HBL dan EBL secara efisien dapat memblokir difusi eksiton dari lapisan luminescent ke lapisan transport [3]. Jelas, struktur multilayer menjadi cara yang sering digunakan untuk meningkatkan kinerja perangkat. Namun, karena satu lapisan lagi berarti proses persiapan ekstra, lapisan fungsi berlebih juga akan menyebabkan waktu yang lama dan biaya tinggi yang membatasi perkembangan industrialisasi mereka. Dengan peningkatan sistem bahan organik, beberapa bahan dapat memainkan peran ganda dalam OLED karena sifatnya yang menonjol. Sebagai contoh, kompleks deoxyribonucleic acid-cetyltrimetylammonium dapat bertindak sebagai lapisan pengangkut lubang (HTL) karena mobilitas lubang yang tinggi, sedangkan tingkat energi orbital molekul kosong (LUMO) yang rendah membuatnya cocok untuk EBL [4]. 4,4′,4″-Tris (carbazol-9-yl)-triphenylamine (TCTA) biasanya digunakan untuk menjadi HTL; selain itu juga dapat berfungsi sebagai host in emitting layer (EML) karena energi tripletnya yang tinggi [5, 6]. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk menyederhanakan struktur tanpa mengorbankan kinerja perangkat dengan memilih bahan yang sesuai. Namun, beberapa penelitian telah dilakukan pada OLED putih berpendar (PHWOLEDs) dengan struktur sederhana [7, 8].

Baru-baru ini, karakteristik kapasitansi berdasarkan pengukuran spektroskopi impedansi (IS) telah menjadi alat yang banyak digunakan untuk menyelidiki mekanisme fisik OLED. Titik belok dari puncak pertama dalam kurva kapasitansi-tegangan (C-V) telah dilaporkan berhubungan dengan tegangan pengaktifan OLED. Ini juga merupakan penyelidikan yang sangat sensitif dari akumulasi pembawa yang disebabkan oleh penghalang di antarmuka lapisan organik atau ketidakseimbangan injeksi muatan dan transportasi di perangkat [9,10,11,12,13,14,15,16,17]. Sementara itu, transien electroluminescence (EL) juga telah menjadi subjek penelitian teknologi dan fundamental yang intens, karena studi EL transien telah menghasilkan wawasan tentang mekanisme kerja internal di OLED. EL sementara diselidiki dengan menggerakkan perangkat dengan pulsa tegangan persegi pendek. Waktu respons yang diperoleh dari karakteristik EL transien perangkat memberikan kriteria penting untuk penerapannya [18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28].

Dalam makalah ini, melalui spektroskopi impedansi dan analisis transien, kami mengkonfirmasi bahwa di-[4-(N ,T -ditolyl-amino)-phenyl] cyclohexane (TAPC) dan 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen) dapat digunakan untuk memainkan banyak peran dalam OLED. Dikombinasikan dengan material transport bipolar 4,4′-N ,T -dicarbazole-biphenyl (CBP), kami membuat PHOLED tiga lapis yang efisien. Jelas, kinerja OLED trilayer sebanding dengan OLED multilayer umum dan bahkan memiliki efisiensi roll-off yang lebih baik. Ini ditafsirkan oleh model matematis dari mekanisme pendinginan-eksiton. Selanjutnya, kami fokus pada rekombinasi pembawa dan mekanisme pendinginan eksitasi yang terjadi pada perangkat berpendar monokromatik untuk melanjutkan optimasi struktur lebih lanjut. Dengan adanya rekombinasi Langevin dan trap-assisted di tris(2-phenylpyridine) iridium yang didoping CBP [Ir(ppy)3 ] dan iridium (III) bis-(2-metildibenzo-[f, h] quinoxaline) (asetilasetonat) [Ir(MDQ)2 (acac)], dua mekanisme exciton-quenching, yaitu triplet-triplet annihilation (TTA) dan triplet-polaron annihilation (TPA), dapat diamati melalui model matematika.

Metode/Eksperimental

Fabrikasi Perangkat

Bahan organik molekul kecil yang digunakan dalam percobaan kami dibeli dari Luminescence Technology Corporation, yaitu, TAPC, Bphen, 1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene (TmPyPB), dan CBP. Dopan berpendar Ir(ppy)3 , Ir(MDQ)2 (acac) dan bis [(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C 2 ] (picolinato) Ir(III) (FIrpic), dan poli(3,4-etilendioksitiofena)-poli(stirena sulfonat) (PEDOT:PSS, PH8000) diperoleh dari Xi'an p-OLED. Dengan demikian, semua bahan dan pelarut tersedia secara komersial dan digunakan saat diterima tanpa pemurnian lebih lanjut.

Semua perangkat disiapkan di atas substrat kaca yang dilapisi dengan garis-garis indium tin oxide (ITO). Sebelum deposisi film, substrat kaca ITO menjalani proses pembersihan rutin dengan pembilasan dalam Decon 90, air deionisasi, pengeringan dalam oven, dan akhirnya diolah dalam ruang pembersih plasma selama sekitar 5 menit. Film PEDOT:PSS dibuat dengan spin coating dari larutan berair sebelum disimpan dengan ketebalan kira-kira 40 nm, kemudian film PEDOT:PSS semuanya dianil pada 120 °C selama 10 mnt.

Semua lapisan organik dan katoda diuapkan oleh deposisi uap termal menggunakan filamen tungsten yang dipanaskan secara resistif dan wadah logam di bawah vakum tinggi (~ 5 × 10 −4 Pa) dengan kecepatan 1–2 Å s −1 dipantau in situ dengan osilator kuarsa. Katoda yang kami gunakan dalam percobaan kami adalah paduan Mg:Ag (15:1), yang dikontrol secara independen oleh monitor deposisi film tipis yang terpisah, begitu juga proses doping dalam EML. Terakhir, empat area aktif perangkat pada setiap media berukuran 10 mm 2 , yang ditentukan oleh tumpang tindih antara anoda dan katoda melalui penggunaan shadow mask [24, 25].

Karakterisasi

Karakteristik luminansi–kerapatan arus–tegangan dan spektrum perangkat yang tidak dikemas diukur secara bersamaan menggunakan Sistem Pengukuran Goniofotometri berdasarkan spektrometer (GP-500, Otsuka Electronics Co. Osaka, Jepang) di udara pada suhu kamar.

Untuk pengukuran peluruhan tegangan transien, dioda switching kecepatan tinggi (Philips, 1N4531) dan generator bentuk gelombang arbitrer (Rigol, DG5102) dihubungkan dengan perangkat kami secara seri secara berurutan, dan tegangan transien perangkat dicatat oleh osiloskop digital (Rigol , DS4054) setelah rata-rata sinyal berturut-turut. Dalam pengukuran EL transien, perangkat yang diuji digerakkan oleh tegangan pulsa dengan lebar pulsa 1 ms menggunakan generator bentuk gelombang arbitrer (Rigol, DG5102) sebagai sakelar listrik untuk menggerakkan perangkat yang diuji dan sinyal pemicu untuk memulai pengumpulan sinyal EL. Respons EL transien dideteksi dan dikumpulkan dengan menggunakan fotodioda longsoran (C30902) dan sistem penghitungan foton tunggal berkorelasi waktu.

Karakteristik kapasitansi–tegangan (C-V) diukur dengan Penganalisis Impedansi (TH2829C, Changzhou Tonghui Electronic Co., Ltd., China) dengan amplitudo osilasi 100 mV dan tingkat pengulangan 1 kHz. Rentang bias dc yang diterapkan oleh penyiapan ini memungkinkan sapuan dari 0 hingga + 10 V [26].

Hasil dan Diskusi

OLED Efisien yang Disederhanakan Tanpa AML

Untuk menghilangkan AML, kami memilih TAPC sebagai HTL dalam OLED berpendar hijau, karena tingkat energi HOMO (high occupated molecular orbital) mirip dengan fungsi kerja ITO [5]. Kami melakukan eksperimen kontras pada ITO/x/CBP:10 wt% Ir(ppy)3 (30 nm)/TmPyPB (50 nm)/LiF (0,5 nm)/Mg:Ag (120 nm) OLED, sedangkan struktur x adalah TAPC (50 nm), MoO3 (3 nm)/TAPC (50 nm), dan PEDOT:PSS (50 nm)/TAPC (50 nm), masing-masing. Untuk membedakan ketiga perangkat, kami menandainya sebagai D 1 , D 2 , dan D 3 secara bergiliran. Pertama, kami menyelidiki kemampuan injeksi lubang perangkat ini dengan menganalisis karakteristik kapasitansi-tegangan dan kerapatan arus-tegangan-luminansinya. Seperti yang dapat kita lihat pada Gambar 1a, tegangan penyalaan ketiga perangkat adalah sekitar 3 V. Hal ini relevan dengan maksimum puncak pertama dalam karakteristik kapasitansi-tegangannya, yang menunjukkan bahwa tidak ada bedanya dengan tegangan putar. pada tegangan tanpa AML di D 1 [9,10,11]. Gambar 1b menunjukkan karakteristik kepadatan arus (JV) dari tiga perangkat dalam skala log-log, kami membagi kurva JV menjadi tiga wilayah, (I) kebocoran atau arus terbatas difusi yang disebabkan oleh kontak Ohmik, (II) volume- arus terkontrol dengan distribusi traps eksponensial, dan (III) arus terkontrol volume dengan traps terisi sebagian [20]. Kepadatan perangkat yang lebih tinggi D 3 pada tegangan yang diterapkan rendah di wilayah I dapat dikaitkan dengan arus bocor yang disebabkan oleh morfologi film kasar dari film PEDOT:PSS yang diproses dengan larutan. Selain itu, pergeseran kanan titik balik antara wilayah I dan wilayah II (dari A ke A") menghadirkan injeksi pembawa terkuat di D 1 , sedangkan nilai kapasitansi tertinggi D 1 menunjukkan bahwa lebih banyak lubang menyuntikkan di perangkat dan kemudian menumpuk di antarmuka atau massal [29]. Jelas, antarmuka ITO/TAPC menunjukkan kemampuan injeksi lubang yang lebih baik. Kami juga dapat menemukan bahwa kerapatan arus D 1 lebih besar dari nilai dua perangkat lainnya dengan peningkatan tegangan yang diberikan. Ini mungkin dikaitkan dengan lapisan dipol yang dihasilkan antara antarmuka ITO/TAPC. Setelah memperkenalkan AML ekstra, lapisan dipol intrinsik rusak, menghasilkan kemampuan injeksi yang lebih lemah di antara kedua perangkat [10, 30]. Dalam referensi yang dilaporkan, AML dapat digunakan untuk mengurangi kepadatan perangkap yang mungkin berdampak pada stabilitas perangkat [31]. Untuk D 1 , kemiringan kurva J-V di wilayah III (m = 11) lebih besar dari nilai D 2 dan D 3 (m = 7, 8), nilai yang lebih tinggi dari m selalu berarti kepadatan perangkap yang lebih tinggi [18]. Kepadatan perangkap perangkat yang lebih tinggi D 1 mungkin disebabkan oleh perubahan morfologi film TAPC karena kurangnya lapisan pembasah, seperti MoO3 atau PEDOT:PSS. Selain itu, titik balik C dan C’ yang ditunjukkan pada Gambar 1 relevan dengan peningkatan pesat injeksi elektron dengan peningkatan tegangan bias.

a Karakteristik kapasitansi–tegangan–luminansi (C-V-L) D 1 , D 2 , dan D 3 . Garis solid oranye menunjukkan voltase penyalaan yang sesuai dengan maksimum puncak pertama dalam karakteristik C-V-nya. b Kurva kerapatan-tegangan arus dari ketiga perangkat dalam skala log-log, juga dibagi menjadi tiga wilayah yang ditandai dengan garis putus-putus ungu bertanda I, II, dan III. Rapat arus (J) dan tegangan (V) sesuai dengan hubungan \( J\propto {aV}^m \)

Sebuah studi lebih lanjut dilakukan untuk meneliti injeksi pembawa perangkat di atas dengan karakteristik pelepasan tegangan transien. Sirkuit uji ditunjukkan pada Gambar. 2a. Dua waktu respons diamati pada Gambar. 2b di bawah tegangan yang diberikan sebesar 5 V. Waktu peluruhan yang cepat τ 1 adalah sekitar 100 s di inset Gambar. 2b. Kemudian, diikuti peluruhan yang lebih lambat τ 2 lebih tinggi dari satu urutan besarnya (τ 2 dalam skala milidetik) [7]. Dioda dianggap sebagai kawat ketika generator memberikan tegangan positif. Pembawa muatan dapat ditransfer ke perangkat dengan mudah, dan kemudian dengan penghalang injeksi pembawa, ada sejumlah lubang dan elektron yang terakumulasi pada antarmuka antara lapisan organik, anoda dan katoda, masing-masing. Dioda menjadi resistansi tak terbatas berbanding terbalik ketika tegangan yang diberikan berubah menjadi negatif. Pembawa muatan tidak dapat mencapai perangkat, sehingga lubang sisa pada antarmuka ITO/lapisan organik dapat mengalir melalui lapisan organik dan menetralkan elektron remanen yang tersebar atau hanyut oleh muatan ruang dari antarmuka katoda. Oleh karena itu, tren turun dari dua waktu respons, terutama τ 1 ditentukan oleh injeksi lubang dan kemampuan pengangkutan lapisan organik di perangkat kontras kami. Jelas bahwa tegangan D 1 jatuh pada tingkat tercepat, mewakili kemampuan injeksi lubang yang sangat baik dengan struktur ITO/TAPC saja. Karena resistansi resistansi internal dalam sampel kami mencapai besarnya MΩ, pengaruh osiloskop dengan resistansi 1 MΩ tidak dapat diabaikan. Itulah sebabnya, hanya sedikit perbedaan yang dapat dilihat pada tiga tren turun τ 2 [21, 22].

a Rangkaian uji pengukuran karakteristik pelepasan tegangan transien. b Karakteristik peluruhan tegangan transien yang diselesaikan waktu pada 5 V (D 1 , D 2 , dan D 3 ). [Inset:Waktu peluruhan yang cepat τ 1 100 μs. Panah putus-putus oranye menunjukkan tingkat jatuh yang berbeda dari perangkat]. c Tegangan aktif (V pada ) dari S 1 , S 2 , dan S 3 [Inset:Luminance-voltage curves]. d Intensitas electroluminescence (EL) yang diselesaikan dengan waktu yang dinormalisasi dari S 1 , S 2 , dan S 3 pada 9 V. (Garis putus-putus oranye menunjukkan waktu mulai EL perangkat masing-masing sekitar 0,32 μs, 1,05 s, dan 0,48 s)

OLED Efisien yang Disederhanakan Tanpa CML

Setelah itu, kami merancang eksperimen kontrastif baru dengan penyederhanaan ETL lebih lanjut. Seperti yang dijelaskan dalam referensi yang dilaporkan oleh Scholz et al. [32], adisi donor-akseptor logam-organik [Bphen+Ag] + dan [2Bphen+Ag] + akan terbentuk pada antarmuka Ag-on-BPhen karena efek self-doping. Hasil eksperimen kami sebelumnya juga menunjukkan bahwa adukan logam-organik ini akan meningkatkan injeksi elektron dari Mg:Ag (15:1) ke Bphen. Oleh karena itu, Bphen dipilih untuk menjadi bahan pengangkut elektron eksperimental yang sesuai di sini. Strukturnya adalah ITO/TAPC (50 nm)/CBP:10 wt% Ir(ppy)3 (30 nm)/y/Mg:Ag (120 nm). y adalah TmPyPB (50 nm)/LiF (0,5 nm), TmPyPB (50 nm), dan Bphen (50 nm). S 1 , S 2 , dan S 3 didefinisikan sebagai tiga sampel, masing-masing. Gambar 2c menunjukkan karakteristik pengaktifan dari ketiga sampel ini. Dapat dilihat bahwa S 3 memiliki voltase penyalaan yang sama (V pada = 3 V) dengan S 1 , karakteristik pencahayaan–tegangan S 3 juga mirip dengan S 1 di sisipan Gbr. 2c. Jadi, kami menyimpulkan bahwa struktur sederhana di S 3 memiliki kemampuan injeksi elektron yang hebat, yang setara dengan S 1 . Selain itu, kita dapat menyelidiki kemampuan injeksi pembawa dari ketiga perangkat dengan membahas perilaku penyelesaian waktu dari EL transien. Garis putus-putus pada Gambar. 2d menunjukkan bahwa waktu mulai EL perangkat S 1 , S 2 , dan S 3 masing-masing sekitar 0,32 s, 1,05 s, dan 0,48 s. Waktu mulai EL juga disebut waktu tunda (t d ). Ini terdiri dari waktu injeksi t inj dan waktu transportasi t trans . Tegangan ambang yang lebih besar V th hasil langsung dalam t . yang lebih lama inj . Oleh karena itu, sangat mudah untuk membuktikan bahwa S 3 juga dapat memiliki kemampuan injeksi elektron yang sangat baik [23,24,25].

$$ {t}_d={t}_{\mathrm{inj}}+{t}_{\mathrm{trans}} $$ (1) $$ {t}_{\mathrm{inj}}=RC \ln \left(\frac{V_{\mathrm{max}}}{V_{\mathrm{max}}\hbox{-} {V}_{\mathrm{th}}}\right) $$ (2 ) $$ {t}_{\mathrm{trans}}=\frac{d_e}{\left({\mu}_e+{\mu}_f\right)E} $$ (3)

Perbandingan Kinerja Antara OLED Trilayer dan Multilayer Sederhana

Akhirnya, PHOLED hijau sederhana dengan struktur tiga lapis diperoleh seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, yaitu, ITO/TAPC (50 nm)/CBP:10 wt% Ir(ppy)3 (30 nm)/Bphen (50 nm)/Mg:Ag (120 nm) (perangkat 3). Selain itu, perangkat 1 dan perangkat 2 telah dibuat sebagai kontras. Yang pertama memiliki lapisan fungsional ekstra:MoO3 (3 nm) dan LiF (0,5 nm) masing-masing berfungsi sebagai AML dan CML, sedangkan yang terakhir hanya memperkenalkan film LiF tipis. Gambar 3b, c menunjukkan karakteristik kerapatan–tegangan–luminansi arus (J-V-L) dan karakteristik efisiensi kuantum eksternal-pencahayaan arus (CE-L-EQE) dari ketiga perangkat. Meskipun rapat arus dan luminansi perangkat 3 lebih rendah daripada dua perangkat lainnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b, tegangan penyalaan yang sama juga dapat diamati. Hal ini menunjukkan bahwa injeksi pembawa belum dipengaruhi oleh penyederhanaan lapisan modifikasi elektroda. Namun demikian, membingungkan bahwa efisiensi perangkat 3 menunjukkan roll-off terendah pada Gambar. 3c.

a Diagram struktur dari tiga perangkat. b Kurva rapat arus–tegangan–luminansi (J-V-L). c Kurva efisiensi saat ini–pencahayaan–efisiensi kuantum eksternal (CE-L-EQE)

Untuk menjelaskan adanya roll-off efisiensi yang lebih baik pada perangkat 3, selanjutnya kami simulasikan mekanisme exciton-quenching melalui model matematika dengan fungsi antara EQE dan J. Terdapat dua mekanisme exciton-quenching yang ada pada PHOLED, yaitu triplet-triplet pemusnahan (TTA) dan pemusnahan triplet-polaron (TPA). Persamaan laju dalam model ditunjukkan sebagai berikut:

$$ {K}_L=\frac{q\left({\mu}_e+{\mu}_h\right)}{\varepsilon_0+{\varepsilon}_r} $$ (4) $$ \frac{dn_T}{ dt}={K}_L{n_P}^2-{K}_T{n}_T-\frac{1}{2}{K}_{TT}{n_T}^2-{K}_{TP} {n}_T{n}_P $$ (5) $$ \frac{dn_P}{dt}=\frac{J}{qw}-{K}_L{n_P}^2 $$ (6) $$ \ mathrm{IQE}={K}_T{n}_T/\left(\frac{J}{qw}\right) $$ (7)

Untuk Persamaan. (4), kami menganggap bahwa pembawa muatan bergabung kembali melalui rekombinasi Langevin dengan laju K L , di mana q adalah muatan dasar, μ e/h adalah mobilitas, ε r adalah permitivitas relatif, dan ε 0 adalah permitivitas ruang bebas. Kepadatan triplet dan polaron, n B dan n P , dihitung dengan Persamaan. (5) dan (6), di mana K TT dan K TP adalah konstanta laju yang menggambarkan kinetika proses TTA dan TPA. Sebenarnya, efisiensi kuantum internal (IQE) adalah rasio triplet peluruhan radiasi terhadap jumlah elektron yang disuntikkan dari Persamaan. (7). Untuk penyederhanaan, kami tidak mempertimbangkan outcoupling ringan. Selain itu, efisiensi listrik dan efisiensi kuantum PL pada kerapatan arus rendah ditetapkan ke 1. Oleh karena itu, IQE yang dihitung digunakan untuk membandingkan dengan EQE eksperimental [33].

Seperti yang dapat kita lihat dari Gambar. 4b–d, efek pendinginan keluar yang serius ada di perangkat 1 dan perangkat 2, terutama TPA. CBP adalah bahan transpor bipolar, tetapi mobilitas lubang adalah urutan besarnya lebih tinggi dari mobilitas elektron. Dikombinasikan dengan diagram tingkat energi skema pada Gambar 4a, zona rekombinasi harus berdekatan dengan antarmuka EML/ETL. Selain itu, kami menemukan bahwa tingkat energi HOMO dan LUMO Bphen serupa dengan CBP; oleh karena itu, lebih mudah bagi lubang untuk melintasi lapisan CBP ke Bphen dan beberapa lubang terakumulasi pada antarmuka antara CBP dan Bphen. Untuk perangkat 1 dan perangkat 2, celah energi yang lebih besar antara TmPyPB dan CBP juga dapat dilihat pada Gambar 4a, yang menghasilkan akumulasi lubang ekstra pada antarmuka CBP/TmPyPB. Akumulasi lubang yang berbeda pada antarmuka CBP/TmPyPB akan membuat pengaruh yang berbeda pada rangsangan yang terbentuk pada antarmuka yang sama, yang pada akhirnya menghasilkan TPA perangkat yang berbeda.

a Diagram tingkat energi skema dari tiga perangkat. Simulasi efisiensi kuantum internal (IQE) (garis hijau atau merah solid) dan efisiensi kuantum eksternal (EQE) (titik tersebar) bertindak sebagai fungsi dari kerapatan arus. Kepadatan triplet dan polaron (garis merah dan hitam) dihitung menurut Persamaan. (4)–(7). Daerah yang menetas menunjukkan kontribusi relatif TPA dan TTA serta emisi terhadap peluruhan eksiton secara keseluruhan. bd sesuai dengan perangkat 1, perangkat 2, dan perangkat 3, masing-masing

Analisis Mekanisme Rekombinasi Eksitasi pada PHOLED Monokrom

Seperti kita ketahui bahwa konsentrasi rendah molekul dopan pendar menyebabkan jarak antarmolekul yang panjang, umumnya diyakini bahwa bahan berpendar bertindak sebagai perangkap untuk pembawa muatan. Oleh karena itu, ada dua mekanisme rekombinasi dalam EML PHOLEDs, rekombinasi Langevin I dan rekombinasi dengan bantuan perangkap II. Untuk yang pertama, ketika perangkat digerakkan oleh tegangan yang diberikan, sejumlah besar pembawa disuntikkan secara terus menerus ke EML. Lubang transfer melalui bahan inang, diikuti oleh akumulasi di antarmuka EML/ETL. Karena kecocokan yang baik dengan tingkat energi antara ETL dan katoda, sebagian besar elektron mengalir melalui ETL hingga EML dan kemudian bergabung kembali dengan muatan yang tersimpan. Dalam hal ini, rangsangan yang dihasilkan dalam transfer material inang ke dopan oleh mekanisme Förster dan/atau Dexter; oleh karena itu, itu milik rekombinasi bimolekuler. Zona rekombinasi terakhir terletak di dopan karena perangkap tingkat energi dangkal yang dibentuk oleh tamu berpendar [27].

Penting untuk menyelidiki mekanisme yang disebutkan di atas. Karena jenis rekombinasi yang berbeda memainkan peran utama dalam EML, itu akan memiliki dampak yang berbeda pada kinerja perangkat. Struktur perangkat dengan dopan berbeda di EML ditunjukkan pada Gambar. 5a.

a Struktur perangkat dengan dopan berbeda di EML:lapisan CBP murni tanpa dopan, dopan CBP 10 wt% Ir(ppy)3 (G) 5 berat Ir(MDQ)2 (acac) (R) dan 15% berat FIrpic (B). Intensitas EL transien yang dinormalisasi b Ir(MDQ)2 (acac), c Ir(ppy)3 tergantung pada bias balik (0 V, 1 V, 3 V, dan 5 V) setelah tegangan yang diterapkan dimatikan. Lebar pulsa tegangan adalah 1 md, dan frekuensi pulsa adalah 100 Hz. Kepadatan arus 90 mA cm −2 dipilih menjadi tinggi pulsa tegangan

Perilaku rekombinasi diselidiki melalui pengukuran EL sementara. Intensitas EL transien yang dinormalisasi yang ditunjukkan pada Gambar. 5b, c diuji dengan mengubah bias balik (0 V, 1 V, 3 V, dan 5 V) setelah tegangan yang diterapkan dimatikan, sedangkan tinggi pulsa tegangan sesuai dengan a kerapatan arus 90 mA cm −2 . Lebar pulsa tegangan adalah 1 md, dan frekuensi pulsa adalah 100 Hz. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5b, c, waktu naik perangkat hijau dan merah melambat dengan meningkatnya bias balik. Namun, fenomena ini tidak terjadi di dua perangkat lainnya. Bias terbalik akan membawa pembawa yang ditangkap keluar dari lokasi perangkap, dan kemudian pembawa yang terperangkap akan memberikan kontribusi yang lebih kecil terhadap intensitas EL. Jadi, kami menyimpulkan bahwa rekombinasi yang dibantu perangkap mungkin terdiri dari perangkat yang dibuat oleh Ir(MDQ) yang didoping-CBP2 (acac) atau Ir(ppy)3 karena adanya muatan yang terperangkap [27].

Studi lebih lanjut tentang keberadaan muatan yang terperangkap dikembangkan dengan pengukuran spektroskopi impedansi dengan hasil kurva kapasitansi-tegangan yang ditunjukkan pada Gambar. 6a. Dua puncak kuat dapat diamati dalam karakteristik CV perangkat hijau dan merah. Selain itu, hanya ada satu puncak yang terlihat pada perangkat biru. Tegangan bias yang sesuai dengan puncak pertama dari tiga perangkat hampir identik dengan tegangan penyalaan. Dapat diartikan bahwa pembawa muatan menyuntikkan secara konstan ke perangkat ketika perangkat mulai digerakkan oleh tegangan yang diberikan, menghasilkan peningkatan kapasitansi pada tegangan rendah. Dan kemudian untuk perangkat hijau, kami menganggap bahwa sejumlah kecil lubang yang disuntikkan ditangkap dengan menjebak melalui pewarna berpendar. Selanjutnya, mereka digabungkan kembali dengan elektron dari katoda menyebabkan rekombinasi dengan bantuan perangkap. Oleh karena itu, bagian dari muatan yang terakumulasi ini mulai berkurang pada sekitar 3 V. Fenomena serupa dapat dilihat pada kurva CV perangkat merah, jatuhnya puncak pertama pada 3,5 V disebabkan oleh rekombinasi dengan bantuan perangkap. Selain itu, puncak kurva C-V yang lebih tinggi dari 2,5 hingga 5 V dapat dikaitkan dengan efek perangkap yang lebih kuat pada perangkat merah.

a Plot C-V (titik tersebar, f = 1 kHz) dan kurva L-V (garis tegas) untuk tiga berbeda PHOLED-CBP-doped Ir(ppy)3 (hijau), Ir(MDQ)2 (acac) (merah), dan FIrpic (biru), masing-masing. Garis putus-putus ungu yang ditandai dalam grafik yang mewakili V pada . Dimana titik garis panah adalah titik belok pada kurva. Diagram tingkat energi skema pada ITO/TAPC (50 nm)/CBP:10 wt% × (30 nm)/Bphen (50 nm)/Mg:Ag (120 nm) OLED. X adalah b Ir(ppy)3 (hijau), c Ir(MDQ)2 (acac) (merah), dan d FIrpic (biru). Dua mekanisme rekombinasi mungkin terjadi di EML, ditandai sebagai I (rekombinasi Langevin) dan II (rekombinasi dengan bantuan perangkap). Selain itu, titik biru mewakili lubang, sedangkan titik merah muda adalah elektron. e OLED berpendar hijau berdasarkan CBP:Ir(ppy)3 . f OLED berpendar merah berdasarkan CBP:Ir(MDQ)2 (aka). Kepadatan triplet dan polaron (garis biru dan hitam) dihitung menurut Persamaan. (4)–(7)

Lebih banyak lubang disuntikkan dengan penambahan tegangan yang diberikan; selain yang terjebak, kebanyakan dari mereka bisa disimpan di antarmuka EML/Bphen. Oleh karena itu, kedua kurva CV perangkat hijau dan merah naik lagi. Pada titik ini, rekombinasi Langevin telah terjadi di EML yang menyebabkan pengurangan pembawa tersimpan internal. Ketika laju disipasi muatan melebihi laju injeksinya, akumulasi muatan berkurang dengan cepat dan kurva C-V menunjukkan penurunan yang tajam. Proses rekombinasi ditunjukkan pada Gambar. 6b, c. Sebagai perbandingan, hanya satu puncak kuat yang muncul dalam karakteristik kapasitansi perangkat biru, yang menunjukkan bahwa hanya rekombinasi Langevin yang terjadi di EML. Diagram tingkat energi skema dengan mekanisme rekombinasi ditunjukkan pada Gambar. 6d.

Kami juga dapat memverifikasi hasil kami melalui model matematika yang disebutkan di atas. Diketahui bahwa TTA disebabkan oleh kepadatan triplet yang tinggi, sedangkan tingkat rekombinasi Langevin yang tinggi akan mengurangi kepadatan triplet. Jadi, TTA dapat dikaitkan dengan rekombinasi Langevin. TPA tergantung pada karakteristik perangkap muatan dari sistem host-tamu:ketika molekul emitor membentuk situs perangkap untuk polaron di dalam host, TPA yang dipercepat dapat diharapkan [33].

Kontribusi yang sesuai dari TTA dan TPA terhadap pemusnahan keseluruhan untuk kedua perangkat dengan EML CBP:Ir(ppy)3 dan CBP:Ir(MDQ)2 (acac) ditunjukkan pada Gambar. 6e, f. IQE yang dihitung bertepatan dengan EQE yang diukur; Selain itu, perbedaan antara kurva IQE dan EQE pada tegangan bias rendah disebabkan oleh arus bocor. Untuk kedua perangkat, kerapatan polaron lebih besar daripada kerapatan triplet saat kerapatan arus di bawah 5 mA cm −2 . Oleh karena itu, kami percaya bahwa ada dua proses quenching pada kondisi operasi, yang berarti bahwa dua jenis rekombinasi terjadi di EML. Persentase TPA yang lebih tinggi terjadi pada perangkat merah, yang mencerminkan rekombinasi bantuan perangkap yang lebih kuat [33, 34].

Dalam hal proses pendinginan yang dibahas di atas, jelas bahwa TTA dan TPA dapat secara dramatis menurunkan efisiensi OLED berpendar. Oleh karena itu, untuk meneliti pengaruhnya terhadap kinerja perangkat dengan mengubah bahan host, kami menyiapkan perangkat merah dengan host yang berbeda, yaitu, CBP, TCTA, 2,6-bis(3-(carbazol 9,9′-[4′-( 2-etil-1H -benzimidazol-1-il)-9-il) fenil)piridin [26DCzPPy] dan 2,2′[2″-1,3,5-benzinetriil)-tris(1-fenil-1-H-benzimidazole) [TPBi ]. Ketika CBP digunakan sebagai tuan rumah, TTA dan TPA dibatasi secara efisien. Oleh karena itu, CBP dipilih untuk bertindak sebagai tuan rumah dalam pekerjaan ini.

OLED Putih Satu Lapis

Terakhir, kami juga membuat WOLED tiga lapis dengan struktur ITO/TAPC (50 nm)/CBP:FIrpic:Ir(MDQ)2 (acac) (3:1:0.01) (30 nm)/Bphen(50 nm)/Mg:Ag (120 nm). Gambar 7a menunjukkan karakteristik kerapatan–tegangan–luminansi (J-V-L) arus perangkat. Ini menunjukkan bahwa WOLED EML tunggal kami memiliki voltase penyalaan yang rendah di bawah 3 V. Selain itu, kami mencapai efisiensi arus yang tinggi sebesar 21 cd A −1 . Normalized EL spectra of the device in Fig. 7c show that the red intensity tends to be weakened when the bias voltage increases from 5 to 9 V. It should be attributed to that the trapping effect of the red dye molecule merely plays a major role under low bias voltage. At a practical luminance of 5840 cd m −2 , the CIE coordinates of devices are (0.39, 0.39), corresponding to warmish-white emission.

a Current density–voltage–luminance (J-V-L) curves of the WOLEDs. b Current efficiency–luminance–external quantum efficiency (CE-L-EQE) curves. c Normalized EL spectra of the white OLEDs. The orange arrow shows the weakened spectra versus applied voltage

Kesimpulan

In summary, efficient phosphorescent OLEDs have been prepared based on a simple trilayer structure (TAPC/EML/Bphen). We simplify the devices gradually via impedance spectroscopy and transient measurement. The EL performances of trilayer devices could be still comparable to the conventional devices with modification layers. Langevin recombination and trap-assisted recombination are certified to be existed in red and green phosphorescent devices by capacitance–voltage measurement. In addition, mathematical model is used to describe the TTA and TPA quenching processes, which are relevant to the two recombination types mentioned above. Based on the above analysis, we obtain the efficient WOLEDs with low roll-off. These results demonstrate an effective approach towards simplified OLED with high efficient and low cost.

Singkatan

26DCzPPy:

2,6-Bis(3-(carbazol 9,9′-[4′-(2-ethyl-1H-benzimidazol-1-yl)-9-yl) phenyl) pyridine

AML:

Anode modification layer

Bphen:

4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline

C:

Capacitance

CBP:

4,4′-N ,T ′-Dicarbazole-biphenyl

CE-L-EQE:

Current efficiency-luminance-external quantum efficiency

CML:

Cathode modification layer

C-V:

Capacitance–voltage

C-V-L:

Capacitance–voltage–luminance

EBL:

Electron-blocking layer

EL:

Elektroluminesensi

EML:

Emitting layer

EQE:

Efisiensi kuantum eksternal

ETL:

Electron-transporting layers

FIrpic:

Bis [(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C 2 ′] (picolinato) Ir(III)

HBL:

Hole-blocking layer

HOMO:

Highest occupied molecular orbital

HTL:

Hole-transporting layers

IQE:

Efisiensi kuantum internal

Ir(MDQ)2 (acac):

Iridium (III) bis-(2-methyldibenzo-[f, h] quinoxaline) (acetylacetonate)

Ir(ppy)3 :

Tris(2-phenylpyridine) iridium;

IS:

Impedance spectroscopy

ITO:

Indium tin oxide

J-V:

Current density–voltage

J-V-L:

Current density–voltage–luminance

LUMO:

Lowest unoccupied molecular orbital

OLEDs:

Organic light-emitting devices

PEDOT:PSS:

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)

PHWOLEDs:

Phosphorescent white OLEDs

TAPC:

Di-[4-(N ,T -ditolyl-amino)-phenyl] cyclohexane

TCTA:

4,4′,4″-Tris (carbazol-9-yl)-triphenylamine

TmPyPB:

1,3,5-Tri(m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene

TPA:

Triplet-polaron annihilation

TPBi:

2,2′[2″-1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)

TTA:

Triplet-triplet annihilation


bahan nano

  1. Apa yang dimaksud dengan Kerja Sensor Jarak dan Aplikasinya
  2. Apa itu Sensor IMX586 :Cara Kerja dan Fiturnya
  3. Apa yang dimaksud dengan Sensor Berat dan Spesifikasinya
  4. Kerja Sensor Virtual dan Aplikasinya
  5. Sensor Tegangan Bekerja dan Aplikasinya
  6. Sensor Lambda – Cara Kerja dan Aplikasinya
  7. Kerja Sensor IMU dan Aplikasinya
  8. Occupancy Sensor Bekerja dan Aplikasinya
  9. Sensor Pintu Bekerja dan Aplikasinya
  10. Kerja Sensor NFC dan Aplikasinya