Эффективные трехслойные фосфоресцентные органические светоизлучающие устройства без слоя модификации электродов и его рабочий механизм

Фон

Всем известно, что органические светоизлучающие устройства (OLED) привлекают значительное внимание в области твердотельного освещения, полноцветных дисплеев и так далее. Большое количество функциональных слоев, таких как слой модификации анода (AML), слой модификации катода (CML), слой блокировки дырок (HBL) и слой блокировки электронов (EBL), были введены в OLED для достижения высокой -эффективность и низкое напряжение включения. AML и CML используются для усиления инжекции дырок или электронов соответственно [1, 2]. В то время как HBL и EBL могут эффективно блокировать диффузию экситона из люминесцентного слоя в транспортный слой [3]. Очевидно, что многослойная структура становится часто используемым способом повышения производительности устройства. Однако, поскольку еще один слой означает дополнительный процесс подготовки, избыточные функциональные слои также могут привести к длительному периоду и высокой стоимости, которые ограничивают развитие их индустриализации. С улучшением системы органических материалов некоторые материалы могут играть несколько ролей в органических светодиодах благодаря своим выдающимся свойствам. Например, комплекс дезоксирибонуклеиновая кислота-цетилтриметиламмоний может действовать как переносящие дырки слои (HTL) из-за высокой подвижности дырок, в то время как низкий уровень энергии незанятой молекулярной орбитали (LUMO) делает его подходящим для EBL [4]. 4,4 ', 4 ″ -Трис (карбазол-9-ил) трифениламин (ТСТК) обычно используется для обозначения HTL; кроме того, он также может служить хозяином в излучающем слое (EML) из-за своей высокой триплетной энергии [5, 6]. Следовательно, можно упростить конструкцию без ущерба для производительности устройства, выбрав соответствующий материал. Однако мало исследований было выполнено на фосфоресцирующих белых органических светодиодах (PHWOLED) с простой структурой [7, 8].

В последнее время характеристики емкости, основанные на измерении импедансной спектроскопии (IS), стали широко используемым инструментом для исследования физических механизмов OLED. Сообщается, что точка перегиба первого пика на кривых емкости-напряжения (C-V) соответствует напряжению включения OLED. Это также очень чувствительный датчик накопления носителей, вызванного барьером на границе раздела органических слоев или дисбалансом инжекции и переноса заряда в устройствах [9,10,11,12,13,14,15,16,17]. Между тем, переходная электролюминесценция (ЭЛ) также была предметом интенсивных технологических и фундаментальных исследований, поскольку исследования переходной электролюминесценции позволили лучше понять внутренний рабочий механизм OLED. Переходный процесс EL исследуется путем возбуждения устройств короткими прямоугольными импульсами напряжения. Время отклика, полученное из переходных характеристик ЭЛ устройств, является важным критерием для их применения [18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28].

В этой статье с помощью импедансной спектроскопии и анализа переходных процессов мы подтверждаем, что ди- [4- ( N , N -дитолиламино) фенил] циклогексан (TAPC) и 4,7-дифенил-1,10-фенантролин (Bphen) могут использоваться для выполнения нескольких ролей в OLED. В сочетании с биполярным транспортным материалом 4,4′- N , N ′ -Дикарбазол-бифенил (CBP), мы производим эффективные трехслойные PHOLED. Очевидно, что производительность трехслойного OLED сравнима с характеристиками обычных многослойных OLED и даже имеет лучший спад эффективности. Он интерпретируется математической моделью механизмов тушения экситонов. Затем мы сосредоточимся на механизмах рекомбинации носителей и гашения экситонов, которые имеют место в монохроматических фосфоресцентных устройствах, чтобы продолжить дальнейшую оптимизацию структуры. С существованием Ланжевена и рекомбинации с помощью ловушек в трис (2-фенилпиридине) иридии, легированном CBP [Ir (ppy) ₃ ] и иридий (III) бис- (2-метилдибензо [f, h] хиноксалин) (ацетилацетонат) [Ir (MDQ) ₂ (acac)], с помощью математической модели можно наблюдать два механизма гашения экситонов:триплет-триплетную аннигиляцию (ТТА) и триплет-поляронную аннигиляцию (ТПА).

Методы / экспериментальные

Изготовление устройства

Маломолекулярные органические материалы, используемые в наших экспериментах, приобретены у Luminescence Technology Corporation, то есть TAPC, Bphen, 1,3,5-три (м-пирид-3-илфенил) бензол (TmPyPB) и CBP. Фосфоресцирующая добавка Ir (ppy) ₃ , Ir (MDQ) ₂ (acac) и бис [(4,6-дифторфенил) -пиридинато-N, C ² '] (Пиколинато) Ir (III) (FIrpic) и поли (3,4-этилендиокситиофен) -поли (стиролсульфонат) (PEDOT:PSS, PH8000) получены от Xi’an p-OLED. Таким образом, все материалы и растворители коммерчески доступны и используются в том виде, в котором они были получены, без дополнительной очистки.

Все устройства изготовлены на стеклянных подложках, покрытых узорными полосами из оксида индия и олова (ITO). Перед нанесением пленки стеклянные подложки ITO подвергаются стандартной очистке с ополаскиванием в Decon 90, деионизированной водой, сушкой в ​​печи и, наконец, обработкой в ​​камере плазменной очистки в течение примерно 5 минут. Пленки PEDOT:PSS изготавливаются методом центрифугирования из водного раствора перед осаждением толщиной примерно 40 нм, а затем все пленки PEDOT:PSS отжигаются при 120 ° C в течение 10 минут.

Все органические слои и катод испаряются термическим осаждением из паровой фазы с использованием резистивно нагретой вольфрамовой нити и металлических лодочек в высоком вакууме (~ 5 × 10 ⁻⁴ Па) со скоростью 1–2 Å с ⁻¹ контролируется на месте с помощью кварцевого генератора. Катод, который мы использовали в наших экспериментах, представляет собой сплав Mg:Ag (15:1), который независимо контролируется отдельными мониторами осаждения тонких пленок, так же как и процесс легирования в EML. Наконец, четыре активных области устройств на каждой подложке составляли 10 мм ² . , что определяется перекрытием анода и катода с помощью теневой маски [24, 25].

Характеристики

Характеристики яркости, плотности тока, напряжения и спектры неупакованных устройств измеряются одновременно с помощью гониофотометрической измерительной системы на основе спектрометра (GP-500, Otsuka Electronics Co., Осака, Япония) на воздухе при комнатной температуре.

Для измерения затухания переходного напряжения к нашим устройствам последовательно подключаются высокоскоростной переключающий диод (Philips, 1N4531) и генератор сигналов произвольной формы (Rigol, DG5102), а переходное напряжение устройств регистрируется цифровым осциллографом (Rigol , DS4054) после последовательного усреднения сигнала. При измерении переходной электролюминесценции испытуемые устройства управляются импульсным напряжением с длительностью импульса 1 мс с использованием генератора сигналов произвольной формы (Rigol, DG5102) в качестве электрического переключателя для управления тестируемыми устройствами и триггерного сигнала для начала сбора сигналов электролюминесценции. Переходный электролюминесцентный отклик регистрировался и собирался с помощью лавинного фотодиода (C30902) и системы однофотонного счета с временной корреляцией.

Вольт-фарадные характеристики (C-V) измеряются анализатором импеданса (TH2829C, Changzhou Tonghui Electronic Co., Ltd., Китай) с амплитудой колебаний 100 мВ и частотой повторения 1 кГц. Диапазон смещения постоянного тока, применяемого этой установкой, позволяет качать от 0 до +10 В [26].

Результаты и обсуждение

Упрощение эффективных OLED без AML

Чтобы избавиться от AML, мы выбираем TAPC в качестве HTL в зеленых фосфоресцирующих органических светодиодах, поскольку уровень энергии наивысшей занятой молекулярной орбитали (HOMO) аналогичен рабочей функции ITO [5]. Мы проводим контрастные эксперименты на ITO / x / CBP:10 вес.% Ir (ppy) ₃ (30 нм) / TmPyPB (50 нм) / LiF (0,5 нм) / Mg:Ag (120 нм) OLED, а структура x это TAPC (50 нм), MoO ₃ (3 нм) / TAPC (50 нм) и PEDOT:PSS (50 нм) / TAPC (50 нм) соответственно. Чтобы различать три устройства, мы помечаем их как D ₁ , D ₂ , и D ₃ по очереди. Во-первых, мы исследуем способность этих устройств к инжекции дырок, анализируя их вольт-фарадные характеристики и характеристики плотности тока, напряжения и яркости. Как видно на рис. 1а, напряжение включения трех устройств составляет около 3 В. Это соответствует максимуму первого пика на их вольт-фарадных характеристиках, указывая на то, что это не имеет никакого значения для витков. по напряжению без AML в D ₁ [9,10,11]. На рисунке 1b показаны характеристики плотности тока и напряжения (СП) трех устройств в логарифмическом масштабе, мы разделим кривые СП на три области:(I) ток утечки или ограниченный диффузией ток, вызванный омическим контактом, (II) объемный управляемый ток с экспоненциальным распределением ловушек и (III) объемно-регулируемый ток с частично заполненными ловушками [20]. Более высокая плотность тока устройства D ₃ при низком приложенном напряжении в области I может быть объяснено током утечки, вызванным шероховатой морфологией пленки PEDOT:PSS, обработанных на растворе. Кроме того, сдвиг вправо точки поворота между областью I и областью II (от A до A ") представляет собой самую сильную инжекцию носителей в D ₁ , а максимальное значение емкости D ₁ указывает на то, что больше дырок вводится в устройство, а затем накапливается на границе раздела или в объеме [29]. Очевидно, что интерфейс ITO / TAPC показывает лучшую способность закачки в скважину. Мы также можем обнаружить, что плотность тока D ₁ больше, чем значения двух других устройств с увеличением приложенного напряжения. Это может быть связано с дипольным слоем, возникающим между интерфейсами ITO / TAPC. После введения дополнительного AML внутренний дипольный слой разрушается, что приводит к более слабой инжекционной способности между двумя устройствами [10, 30]. В указанных ссылках AML может использоваться для уменьшения плотности ловушек, что может повлиять на стабильность устройства [31]. Для D ₁ , наклон кривой J-V в области III ( m =11) больше, чем значения D ₂ и D ₃ ( м =7, 8), большее значение m всегда означает более высокую плотность захвата [18]. Более высокая плотность захвата устройства D ₁ может быть связано с изменением морфологии пленки TAPC из-за отсутствия смачивающего слоя, такого как MoO ₃ или PEDOT:PSS. Более того, точки поворота C и C ’, показанные на рис. 1, относятся к быстрому увеличению инжекции электронов с увеличением напряжения смещения.

а Емкостные, вольт-фарадные (C-V-L) характеристики D ₁ , D ₂ , и D ₃ . Оранжевая сплошная линия показывает напряжение включения, соответствующее максимуму первого пика их C-V характеристик. б Кривые плотности тока – напряжения трех устройств в логарифмическом масштабе, дополнительно разделенные на три области, отмеченные пурпурными пунктирными линиями, отмеченными I, II и III. Плотность тока (Дж) и напряжение (В) соответствуют соотношению \ (J \ propto {aV} ^ m \)

Дальнейшее исследование проводится для исследования инжекции носителя в вышеуказанные устройства по характеристикам переходного напряжения разряда. Схема тестирования представлена ​​на рис. 2а. На рис. 2b наблюдаются два времени отклика при приложенном напряжении 5 В. Время быстрого затухания τ ₁ на вставке к рис. 2б составляет около 100 мкс. Затем последовал более медленный распад τ ₂ больше одного порядка ( τ ₂ в миллисекундном масштабе) [7]. Диод рассматривается как провод, когда генератор обеспечивает положительное напряжение. Носители заряда могут легко переноситься в устройство, а затем с помощью барьера для инжекции носителей определенное количество дырок и электронов накапливается на границе раздела между органическими слоями, анодом и катодом соответственно. Диод становится бесконечным сопротивлением обратно пропорционально, когда приложенное напряжение становится отрицательным. Носители заряда не могут достичь устройства, поэтому остаточные дыры на границе раздела ITO / органический слой могут протекать через органические слои и нейтрализовать остаточные электроны, рассеянные или унесенные пространственными зарядами от поверхности раздела катода. Следовательно, нисходящий тренд с двумя временами отклика, особенно τ ₁ определяются проницаемостью дырок и транспортной способностью органических слоев в наших контрастных устройствах. Очевидно, что напряжение D ₁ падает с максимальной скоростью, что представляет собой отличную способность закачки в скважину со структурой просто ITO / TAPC. Поскольку сопротивления внутренних сопротивлений в наших образцах достигают величины МОм, влияние осциллографа с сопротивлением 1 МОм нельзя игнорировать. Вот почему в трех нисходящих трендах τ можно увидеть лишь небольшое различие. ₂ [21, 22].

а Испытательная схема измерения переходных характеристик напряжения разряда. б Характеристики затухания переходного напряжения с временным разрешением при 5 В ( D ₁ , D ₂ , и D ₃ ). [Врезка:быстрое время затухания τ ₁ ≈ 100 мкс. Оранжевая пунктирная стрелка показывает разную скорость падения устройств]. c Напряжение включения ( В _на ) из S ₁ , S ₂ , и S ₃ [Врезка:кривые яркости – напряжения]. г Нормированная интенсивность электролюминесценции (ЭЛ) с временным разрешением S ₁ , S ₂ , и S ₃ при 9 В. (оранжевая пунктирная линия показывает время начала электролюминесценции устройств, которое составляет примерно 0,32 мкс, 1,05 мкс и 0,48 мкс соответственно)

Упрощение эффективных OLED без CML

После этого мы планируем новый контрастный эксперимент с дальнейшим упрощением ETL. Как описано в ссылке, опубликованной Scholz et al. [32], аддукты металл-органический донорно-акцепторный [Bphen + Ag] ⁺ и [2Bphen + Ag] ⁺ будет образовываться на границе раздела Ag-на-BPhen из-за эффекта самолегирования. Наши предыдущие экспериментальные результаты также показали, что эти металлорганические аддукты улучшают инжекцию электронов из Mg:Ag (15:1) в Bphen. Поэтому в качестве экспериментального переносящего электроны материала здесь выбран Bphen. Структура:ITO / TAPC (50 нм) / CBP:10 мас.% Ir (ppy) ₃ . (30 нм) / y / Mg:Ag (120 нм). y представляет собой TmPyPB (50 нм) / LiF (0,5 нм), TmPyPB (50 нм) и Bphen (50 нм). S ₁ , S ₂ , и S ₃ определяются как три образца соответственно. На рисунке 2c показаны характеристики включения этих трех образцов. Видно, что S ₃ имеет такое же напряжение включения ( В _на =3 В) с S ₁ , яркостно-вольтные характеристики S ₃ также похожи на S ₁ на вставке к рис. 2в. Итак, мы заключаем, что простая структура в S ₃ обладает отличной способностью к инжекции электронов, которая не уступает S ₁ . Более того, мы можем исследовать способность этих трех устройств инжектировать носители, обсуждая разрешенное во времени поведение переходной электролюминесценции. Пунктирными линиями на рис. 2d показано, что времена начала ЭЛ устройств S ₁ , S ₂ , и S ₃ составляют примерно 0,32 мкс, 1,05 мкс и 0,48 мкс соответственно. Время начала EL также называется временем задержки ( t _d ). Он складывается из времени впрыска t _inj и время транспортировки t _транс . Чем больше пороговое напряжение V _th приводит непосредственно к более длительному t _inj . Следовательно, нетрудно доказать, что S ₃ может также обладать отличной способностью к инжекции электронов [23,24,25].

Сравнение производительности простых трех- и многослойных OLED-дисплеев

Наконец, получается простой зеленый PHOLED с трехслойной структурой, как показано на рис. 3a, то есть ITO / TAPC (50 нм) / CBP:10 мас.% Ir (ppy) ₃ (30 нм) / Bphen (50 нм) / Mg:Ag (120 нм) (устройство 3). Кроме того, устройство 1 и устройство 2 были изготовлены как контраст. Первый имеет дополнительные функциональные уровни:MoO ₃ (3 нм) и LiF (0,5 нм) служат как AML и CML соответственно, в то время как последний представляет собой только тонкую пленку LiF. На рис. 3b, c показаны характеристики плотности тока, напряжения и яркости (J-V-L) и характеристики выхода по току, яркости и внешней квантовой эффективности (CE-L-EQE) трех устройств. Хотя плотность тока и яркость устройства 3 ниже, чем у двух других устройств, как показано на фиг. 3b, можно также наблюдать такое же напряжение включения. Это указывает на то, что на инжекцию носителя не повлияло упрощение слоев модификации электродов. Тем не менее, вызывает недоумение тот факт, что КПД устройства 3 показывает самый низкий спад на рис. 3c.

а Структурная схема трех устройств. б Кривые плотности тока – напряжения – яркости (J-V-L). c Кривые КПД – яркость – внешний квантовый выход (CE-L-EQE)

Чтобы объяснить наличие лучшего спада эффективности в устройстве 3, мы затем моделируем механизм гашения экситонов с помощью математической модели с функцией между EQE и J. В PHOLED существуют два механизма гашения экситонов, т. Е. Триплет-триплет. аннигиляция (ТТА) и триплет-поляронная аннигиляция (ТПА). Уравнение скорости в модели показано следующим образом:

Для уравнения. (4) мы полагаем, что носители заряда рекомбинируют через рекомбинацию Ланжевена со скоростью K _L , где q - элементарный заряд, μ _{э / ч} - подвижность, ε _r - относительная диэлектрическая проницаемость, а ε ₀ - диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Триплетная и поляронная плотности, n _T и н _P , были рассчитаны по формулам. (5) и (6), где K _TT и K _TP - константы скорости, описывающие кинетику процессов ТТА и ТФК. Фактически, внутренняя квантовая эффективность (IQE) - это отношение излучательных распадающихся триплетов к количеству инжектированных электронов из уравнения. (7). Для упрощения отвод света не рассматривается. Кроме того, электрический КПД и квантовая эффективность ФЛ при низкой плотности тока установлены на 1. Следовательно, рассчитанный IQE используется для сравнения с экспериментальным EQE [33].

Как видно из рис. 4b – d, серьезный эффект гашения экситона существовал в устройствах 1 и 2, особенно в TPA. CBP - биполярный транспортный материал, но подвижность дырок на порядок выше подвижности электронов. В сочетании со схематическими диаграммами уровней энергии на рис. 4а зона рекомбинации должна быть смежной с интерфейсом EML / ETL. Кроме того, мы обнаружили, что уровни энергии HOMO и LUMO Bphen аналогичны уровням CBP; следовательно, дыркам легче проходить через слой CBP в Bphen, и небольшое количество дырок накапливается на границе раздела между CBP и Bphen. Что касается устройства 1 и устройства 2, больший энергетический зазор между TmPyPB и CBP также можно увидеть на фиг. 4a, что приводит к накоплению дополнительных дырок на границе раздела CBP / TmPyPB. Различное накопление дырок на интерфейсе CBP / TmPyPB будет по-разному влиять на экситоны, сформированные на одном интерфейсе, что в конечном итоге приведет к разным TPA устройств.

а Схематические диаграммы уровней энергии трех устройств. Смоделированная внутренняя квантовая эффективность (IQE) (сплошная зеленая или красная линия) и внешняя квантовая эффективность (EQE) (точка рассеяния) действуют как функция плотности тока. Плотности триплетов и поляронов (красные и черные линии) рассчитываются по формулам. (4) - (7). Заштрихованные области показывают относительный вклад TPA и TTA, а также излучения в общий распад экситона. б - г соответствуют устройству 1, устройству 2 и устройству 3 соответственно

Анализ механизма рекомбинации экситонов в монохромных PHOLED

Поскольку все мы знаем, что низкая концентрация фосфоресцирующих молекул допанта приводит к большому межмолекулярному расстоянию, обычно считается, что фосфоресцирующие материалы действуют как улавливатели для носителей заряда. Следовательно, существует два механизма рекомбинации в EML PHOLED:рекомбинация Ланжевена I и рекомбинация с помощью ловушек II. В первом случае, когда устройство приводится в действие приложенным напряжением, масса носителей непрерывно вводится в EML. Отверстия передаются через основной материал, а затем накапливаются в интерфейсе EML / ETL. Из-за хорошего согласования уровней энергии между ETL и катодом большая часть электронов проходит через ETL до EML, а затем рекомбинирует с накопленным зарядом. В этом случае экситоны, генерируемые в материале-хозяине, переходят на легирующую примесь с помощью механизмов Ферстера и / или Декстера; следовательно, он принадлежит к бимолекулярной рекомбинации. Последняя зона рекомбинации расположена в допанте из-за захвата на мелком уровне энергии, образованного фосфоресцирующим гостем [27].

Необходимо исследовать упомянутые выше механизмы. Поскольку разные типы рекомбинации играют ведущую роль в EML, они по-разному влияют на производительность устройства. Структура устройств с различными добавками в EML показана на рис. 5а.

а Структура устройств с различными легирующими добавками в EML:чистый слой CBP без добавки, легированный CBP 10 мас.% Ir (ppy) ₃ (G) 5 мас.% Ir (MDQ) ₂ (acac) (R) и 15 мас.% FIrpic (B). Нормированная интенсивность переходного процесса ЭЛ b Ir (MDQ) ₂ (acac), c Ir (ppy) ₃ в зависимости от обратного смещения (0 В, - 1 В, - 3 В и - 5 В) после отключения приложенного напряжения. Ширина импульса напряжения составляла 1 мс, а частота импульсов - 100 Гц. Плотность тока 90 мА см ⁻² была выбрана высота импульса напряжения

Поведение рекомбинации исследуется с помощью измерений переходной электролюминесценции. Нормализованная интенсивность переходной ЭЛ, показанная на рис. 5b, c, проверяется изменением обратного смещения (0 В, -1 В, -3 В и 5 В) после отключения приложенного напряжения, при этом высота импульса напряжения соответствует плотность тока 90 мА см ⁻² . Ширина импульса напряжения составляет 1 мс, а частота импульсов - 100 Гц. Как показано на рис. 5b, c, время нарастания зеленого и красного устройств замедляется с увеличением обратного смещения. Однако в двух других устройствах этого не происходит. Обратное смещение выводит захваченные носители из мест захвата, и тогда захваченные носители будут вносить меньший вклад в интенсивность электролюминесценции. Таким образом, мы делаем вывод, что рекомбинация с помощью ловушек, вероятно, заключается в устройствах, изготовленных на основе Ir, легированного CBP (MDQ) ₂ (acac) или Ir (ppy) ₃ из-за наличия захваченных зарядов [27].

Дальнейшее изучение существования захваченных зарядов проводится с помощью измерения импедансной спектроскопии с результатом вольт-фарадных кривых, показанных на рис. 6а. На C-V характеристиках зеленого и красного устройств можно было наблюдать два сильных пика. Более того, на синем устройстве есть только один видимый пик. Напряжение смещения, соответствующее первому пику трех устройств, практически идентично напряжению включения. Можно интерпретировать, что носители заряда постоянно вводятся в устройства, когда устройства начинают приводиться в действие приложенным напряжением, что приводит к увеличению емкости при низком напряжении. Что касается зеленого устройства, мы полагаем, что небольшое количество введенных отверстий захватывается фосфоресцентным красителем. Впоследствии они рекомбинируются с электронами с катода, вызывая рекомбинацию с помощью ловушек. Следовательно, части этих накопленных зарядов начинают уменьшаться примерно при 3 В. Аналогичное явление можно увидеть на кривой C-V красного устройства, падение первого пика при 3,5 В вызвано рекомбинацией с помощью ловушки. Кроме того, более высокий пик кривой C-V от 2,5 до 5 В может быть связан с более сильным эффектом захвата в красном устройстве.

а Графики C-V (точки с разбросом, f =1 кГц) и кривые L-V (сплошная линия) для трех различных Ir (ppy), легированных PHOLEDs-CBP ₃ (зеленый), Ir (MDQ) ₂ (acac) (красный) и FIrpic (синий) соответственно. Фиолетовые пунктирные линии, отмеченные на графике, представляют собой V _на . Где точки стрелки - это точки перегиба кривых. Схематические диаграммы уровней энергии на OLED-экране ITO / TAPC (50 нм) / CBP:10 мас.% × (30 нм) / Bphen (50 нм) / Mg:Ag (120 нм). X - это b Ir (ppy) ₃ (зеленый), c Ir (MDQ) ₂ (acac) (красный) и d FIrpic (синий). В EML, вероятно, встречаются два механизма рекомбинации, обозначенные как I (рекомбинация Ланжевена) и II (рекомбинация с помощью ловушек). Кроме того, синяя точка представляет собой дыру, а розовая точка - электрон. е Зеленый фосфоресцентный OLED на основе CBP:Ir (ppy) ₃ . е Красный фосфоресцентный OLED на основе CBP:Ir (MDQ) ₂ (акас). Плотности триплетов и поляронов (синие и черные линии) рассчитываются по формулам. (4) - (7)

Больше отверстий вводят с увеличением приложенного напряжения; Помимо захваченных, большинство из них сохраняется в интерфейсе EML / Bphen. Следовательно, обе кривые C-V зеленого и красного устройств снова поднимаются. В этот момент в EML произошла рекомбинация Ланжевена, что привело к сокращению внутренних накопленных носителей. Когда скорость рассеивания зарядов превышает скорость их впрыска, накопленные заряды быстро уменьшаются, и кривая C-V демонстрирует резкое падение. Процесс рекомбинации показан на рис. 6б, в. Для сравнения, в характеристике емкости синего устройства появляется только один сильный пик, что указывает на то, что в EML происходит только рекомбинация Ланжевена. Схематические диаграммы уровней энергии с механизмом рекомбинации показаны на рис. 6d.

Мы также можем проверить наши результаты с помощью упомянутой выше математической модели. Хорошо известно, что ТТА вызывается высокой плотностью триплетов, в то время как высокая скорость рекомбинации Ланжевена приведет к уменьшению плотности триплетов. Итак, ТТА можно связать с рекомбинацией Ланжевена. TPA зависит от характеристик захвата заряда системой хозяин-гость:когда молекулы эмиттера образуют место захвата поляронов внутри хозяина, можно ожидать ускоренного TPA [33].

Соответствующий вклад TTA и TPA в общую аннигиляцию для двух устройств с EML CBP:Ir (ppy) ₃ и CBP:Ir (MDQ) ₂ (acac) показан на рис. 6д, е. Рассчитанный IQE совпадает с измеренным EQE; кроме того, различие между кривыми IQE и EQE при низком напряжении смещения вызвано током утечки. Для двух устройств плотность поляронов больше, чем плотность триплетов, когда плотность тока ниже 5 мА см ⁻² . Таким образом, мы полагаем, что существует два процесса гашения в рабочем состоянии, что означает, что в EML встречаются два типа рекомбинации. Более высокий процент TPA встречается в красном устройстве, что отражает более сильную рекомбинацию с помощью ловушек [33, 34].

Что касается процесса гашения, описанного выше, очевидно, что ТТА и ТРА могут резко снизить эффективность фосфоресцирующих органических светодиодов. Поэтому, чтобы исследовать влияние на производительность устройства изменения материала хоста, мы подготовили красные устройства с разными хостами, то есть CBP, TCTA, 2,6-бис (3- (карбазол 9,9 '- [4' - ( 2-этил-1 H -бензимидазол-1-ил) -9-ил) фенил) пиридин [26DCzPPy] и 2,2 '[2 ″ -1,3,5-бензинтриил) -трис (1-фенил-1-H-бензимидазол) [TPBi ]. Когда CBP используется в качестве хоста, TTA и TPA эффективно ограничиваются. Поэтому CBP выбран в качестве ведущего в этой работе.

Однослойные белые OLED-светодиоды

Наконец, мы также производим трехслойные WOLED со структурами ITO / TAPC (50 нм) / CBP:FIrpic:Ir (MDQ) ₂ (acac) (3:1:0,01) (30 нм) / Bphen (50 нм) / Mg:Ag (120 нм). На рис. 7а показана характеристика устройства «плотность тока – напряжение – яркость» (J-V-L). Это указывает на то, что наши WOLED с одним EML имеют низкое напряжение включения ниже 3 В. Более того, мы достигаем высокого выхода по току 21 кд А ⁻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.

а Current density–voltage–luminance (J-V-L) curves of the WOLEDs. б 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

Выводы

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.

Сокращения

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 , N ′-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:

Electroluminescence

EML:

Emitting layer

EQE:

External quantum efficiency

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:

Internal quantum efficiency

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

JV:

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 , N -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