Ett protokoll för tillverkning av enkla strukturerade organiska lysdioder (OLED) presenteras.
En metod för att producera enkel och effektiv termiskt aktiverade fördröjd fluorescens organiska lysdioder (OLED) baserat på gäst-värd eller exciplex givare-acceptor utsläppsländerna presenteras. Med en steg för steg, kommer läsare att kunna upprepa och producera OLED enheter baserade på enkla organiska utsläppsländerna. En mönstring förfarande möjliggör skapandet av personliga indium tinoxiden (ITO) formen visas. Detta följs av avdunstning av alla lager, inkapsling och karakterisering av varje enskild enhet. Slutmålet är att presentera ett förfarande som kommer att ge möjlighet att upprepa informationen i ovan publikation men också med olika föreningar och strukturer för att förbereda effektiv OLED.
Organisk elektronik sammanför alla fält från kemi till fysik, går igenom materialvetenskap och teknik för att förbättra den nuvarande tekniken mot effektivare och stabilare strukturer och enheter. Från denna, organiska lysdioder (OLED) är en teknik som har visat stora förbättringar under de senaste åren, både vad gäller effektivitet och stabilitet1,2. Rapporter säger att OLED branschen för bildskärmar kan öka från 16 miljarder dollar under 2016 till cirka 40 miljarder dollar fram till 2020 och mer än 50 miljarder av 20263. Det är också att hitta sin väg in i allmän belysning och huvud-monterad microdisplays för augmented reality4. Applikationer som organiska sensorer för biomedicinska tillämpningar är mer av en futuristisk ansökan för tillfället ges kraven för både hög luminans och stabilitet5. Denna trend bekräftas behovet av förbättrad enheten strukturer som innehåller effektivare molekyler på mindre bekostnad av naturresurser. En bättre förståelse av den inneboende processen i de material som används för OLED är också av stor betydelse vid utformningen av dessa.
En OLED är en flerskiktad organiska stack inklämt mellan två elektroder, minst en av de senare transparent. Varje lager, utformade därför har att deras högsta ockuperade molekylorbital (HOMO) och lägst obesatt molekylorbital (LUMO) och deras inneboende rörlighet, en specifik funktion (injektion, blockering och transport) i den övergripande enheten. Mekanismen bygger på motsatt Laddningsbärare (elektroner och hål) reser över enheten där de möts i ett visst lager, rekombinera till formuläret excitons och från avaktivering av dessa excitons kommer utsläpp av en photon6. Detta photon kommer att vara kännetecknande för lagret där inaktivering tar plats7,8,9. Så, väntande molekylär designstrategier, olika röda, gröna och blå sändare kan syntetiseras och tillämpas på stacken. Att sätta ihop dem, kan vit enheter också producerade10,11. Det utsändande lagret av en OLED stack bygger vanligen på gäst-värd (G-H) systemet där gästen är spridda i värden för att undvika snabbkylning av ljus9 och reaktioner12vid sida.
Det finns flera sätt att driva molekyler att avge ljus, med termiskt aktiverade fördröjd fluorescens (TADF) nyligen genomfört13,14,15. TADF tillåtna för förhöjningen av enheter från 5% av en typisk fluorescens emitter yttre effektivitet upp till 30% med hjälp av triplett skörd genom en liten singlet-triplet energi-delning i en process som kallas omvänd kortbetalningsnätverken korsning (rISC). Det finns flera sätt att bilda effektiva TADF-baserade OLED: en av de vanligaste i litteraturen är det G-H-systemet där tillståndet emissive bildas av en enda molekyl16,17,18. Ett andra system använder en exciplex emitter bildas mellan en elektron donator (D) och en elektron acceptorn (A) molekyler, som helt enkelt kallas givare-acceptor (D-A) system15,19,20, 21. Ett litet utbud av TADF material och enheter har rapporterats, högproducerande mycket hög yttre quantum avkastning14, nå en värden, exempelvis 19% EQE22, tydligt visar att mycket effektivt triplett skörd sker och som 100 % interna quantum effektivitet är möjligt. I dessa TADF-baserade OLED, måste man vara försiktig när att välja rätt värd material som polariteten av miljön kan ändra tillståndet kostnad överföring (CT) från lokalen upphetsad (LE) statligt, därför att minska den TADF mekanismen. Förfarandet för att ta hänsyn till är liknar andra fluorescerande utsläppsländerna23. Sådana enheter har relativt enkel stack strukturer, normalt 3 till 5 organiska skikt, och utan behov av en p-i-n strukturera24, vilket resulterar i extremt låg turn-on spänningar storleksordningen 2,7 V och en maximal tjocklek av omkring 130 nm för alla organiska skikt garanterar en bra laddning balansen.
Förutom material egenskaper, kan produktion av flerskikts stackar vara antingen grundas på vakuum termisk avdunstning (VTE) eller spin-beläggning, tidigare mer frekvent för små molekyler. Det kräver exakt kontroll över temperatur, tryck, miljö, ränta, och tjocklek i varje lager. Avger G-H lager, måste av samtidig avdunstning styras för önskad nyckeltalen ska erhållas. Också är av yttersta vikt rengöring av de substrat som används för OLED vilket kan resultera i icke-arbetande enheter eller ojämn utsläpp under den utsändande pixel25.
Därför denna artikel syftar till att alla steg i förberedelse, produktion och karakterisering av organiska enheter och avser att hjälpa nya specialister på försiktig protokollet krävs för hög effektivitet och jämnhet av utsläpp. Det innebär användning av DPTZ-DBTO2 (2,8-Bis(10H-phenothiazin-10-yl)dibenzothiophene-S,S-dioxide) som avger gäst i en TADF G-H system16,26. Liknande metoder kan genomföras även för bildandet av en exciplex baserat D-A-system som använder DtBuCz-DBTO2 (2,8-Bis(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl)dibenzothiophene-S,S-dioxide) i TAPC (4, 4′-Cyclohexylidenebis [N, N-bis(4- methylphenyl) benzenamine])15, där den största skillnaden i förfarandet är koncentrationsgraden av lagrets emissive men det avsevärt ändrar arten av utsläpp (enda molekyl CT utsläpp vs exciplex CT utsläpp). G-H systemet beskrivs här har en enda molekyl CT emitter och innebär avdunstning av 5 lager med 3 organiska och oorganiska material i 2. Enheten består av indium tinoxiden (ITO) som anoden, 40 nm N,N′-di(1-naphthyl) –N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine (NPB) som hål transportskiktet (HTL), och en totalt 20 nm i 4, 4 ‘-bis (N – carbazolyl) -1, 1′-bifenyl (CBP) med 10% av DPTZ-DBTO2 som avger lager baserat på G-H-systemet. 60 nm 2,2′,2″-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1H-bensimidazol) (TPBi) används sedan som elektron transportskiktet (ETL) och 1 nm av litium Floride (LiF) som elektron injektion lager (EIL). 100 nm av aluminium (Al) avslutar enheten som katod. Ett diagram över hela förfarandet kan hittas i figur 1. Tjockleken av organics valdes att likna andra enheter används i litteraturen. Rörlighet för varje lager måste granskas noga så bra bärare balans inuti lagret. Driften av LiF är baserad på en tunneldrivning effekten, dvs bärare resa genom tunnlar i en packad LiF, som säkerställer en bättre injektion till transport lagren. Detta innebär tunna lager (mellan 0,8 och 1,5 nm) krävs27. Lagret av Al måste vara tillräckligt tjock för att förhindra någon oxidation (70 nm är ett minimalt krav).
Detta protokoll syftar till att presentera ett effektivt verktyg för mallning, produktion, inkapsling och karakterisering av OLED baserat på små molekylvikt TADF-emitting eller exciplex-emitting lager. Organiska vakuum termisk avdunstningen möjliggör produktion av tunna filmer (från några Å till hundratals nm) av både organiska och oorganiska material och producera vägar för laddningsbärare att rekombinera varifrån ljuset avges. Även om det är mångsidig, är enhet produktionen ganska begränsad till den förångare dvs antalet organiska och oorganiska källor tillgängliga eller möjligheten att mer än en avdunstning samtidigt (co – och tri-evaporations är mycket vanliga, särskilt i TADF enheter). Mer avancerade system kan tillåta för avdunstningen av fler än 3 källor samtidigt, vilket kan vara användbart för program såsom vit-OLED28 för displayer och allmänbelysning. Dock måste en avvägning mellan enheten komplexitet och dess prestanda uppfyllas. Multifunktionellt proceduren avdunstning kan också göra olika studier som går utöver detta arbete. Dessa inkluderar effekten av skiktets tjocklek, dopade koncentration, lager funktionalitet eller studera ens de inneboende mobiliteter av nya lager. Den fina kontrollen över priset för enkel- och samtidig avdunstat lager är också viktigt eftersom det tillåter för bildandet av enhetliga filmer med kontrollerade exakta ransoner.
Det rekommenderas att alla steg i detta protokoll är gjort i en kontrollerad miljö och, ännu viktigare för inkapsling, inuti ett handskfack att undvika omgivande relaterade försämring. Slutligen är en integrerande sfär mest positivt eftersom det ger för en mer detaljerad elektriska och optiska analys. Med detta sinne presenterades alla steg från teoretisk introduktion till tillverkning och karakterisering av TADF-baserade OLED i detta protokoll som belyser alla dessa olika stadier som möjliggör produktion av stabila enheter som, när inkapslad, kan pågå för stora tidsperioder.
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill erkänna projektet ”Excilight” som fick finansiering från Horisont 2020-behöriga myndigheters-ITN-2015/674990.
N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine | NPB | Sigma Aldrich | 556696 | Sublimed grade |
4,4′-Bis(N-carbazolyl)-1,1′-biphenyl | CBP | Sigma Aldrich | 699195 | Sublimed grade |
2,2′,2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) | TPBi | Sigma Aldrich | 806781 | Sublimed grade |
Lithium Floride 99.995% | LiF | Sigma Aldrich | 669431 | |
Aluminum 99.999% | Al | Alfa Aesar | 14445 | |
Acetone 99.9% | Acetone | Sigma Aldrich | 439126 | |
Isopropyl alcohol 99.9 % | IPA | Sigma Aldrich | 675431 | |
Photoresist | DOW Electronic Materials | Microposit S1813 | ||
Developer | DOW Electronic Materials | Microposit 351 | ||
Hydrochloric acid 37% | HCl | Sigma Aldrich | 435570 | |
Nitric acid 70% | HNO3 | Sigma Aldrich | 258113 | |
Encapsulation resin | Delo | Kationbond GE680 | ||
Encapsulation square glass 15x15mm | Agar | AGL46s15-4& | ||
ITO | Naranjo Substrates | Custom made |