電極修飾層のない効率的な三層リン光有機発光デバイスとその動作メカニズム

背景

有機発光デバイス（OLED）は、ソリッドステート照明やフルカラーディスプレイなどでかなりの注目を集めていることは、すべての人に知られています。アノード修飾層（AML）、カソード修飾層（CML）、正孔ブロッキング層（HBL）、電子ブロッキング層（EBL）などの多くの機能層がOLEDに導入され、高い性能を実現しています。 -効率と低いターンオン電圧。 AMLとCMLは、それぞれ正孔または電子の注入を強化するために使用されます[1、2]。 HBLとEBLは、発光層からトランスポート層への励起子の拡散を効率的にブロックできます[3]。明らかに、多層構造は、デバイスのパフォーマンスを向上させるために頻繁に使用される方法になります。しかし、もう1つの層は追加の準備プロセスを意味するため、過剰な機能層はまた、それらの工業化の発展を制限する長期および高コストを引き起こします。有機材料システムの改善により、いくつかの材料は、その卓越した特性により、OLEDで複数の役割を果たす可能性があります。たとえば、デオキシリボ核酸-セチルトリメチルアンモニウム錯体は、正孔移動度が高いため、正孔輸送層（HTL）として機能できますが、最低空軌道（LUMO）エネルギーレベルが低いため、EBLに適しています[4]。 4,4 '、4' '-トリス（カルバゾール-9-イル）-トリフェニルアミン（TCTA）は通常HTLとして使用されます。さらに、三重項エネルギーが高いため、発光層（EML）のホストとしても機能します[5、6]。したがって、適切な材料を選択することにより、デバイスの性能を犠牲にすることなく構造を単純化することが可能です。しかし、単純な構造のリン光白色OLED（PHWOLED）についてはほとんど研究が行われていません[7、8]。

最近では、インピーダンス分光法（IS）測定に基づく静電容量特性が、OLEDの物理的メカニズムを調査するために広く使用されているツールになっています。静電容量-電圧（C-V）曲線の最初のピークの変曲点は、OLEDのターンオン電圧に対応することが報告されています。また、有機層の界面の障壁やデバイス内の電荷注入と輸送の不均衡によって引き起こされるキャリア蓄積の非常に感度の高いプローブです[9、10、11、12、13、14、15、16、17]。一方、過渡エレクトロルミネッセンス（EL）は、OLEDの内部動作メカニズムへの洞察を生み出したため、基礎研究だけでなく技術的な研究の対象にもなっています。過渡ELは、短い長方形の電圧パルスでデバイスを駆動することによって調査されます。デバイスの過渡EL特性から得られる応答時間は、それらのアプリケーションの重要な基準を提供します[18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28]。

この論文では、インピーダンス分光法と過渡解析を介して、di- [4-（ N 、 N -ジトリル-アミノ）-フェニル]シクロヘキサン（TAPC）および4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（Bphen）は、OLEDで複数の役割を果たすために使用できます。バイポーラ輸送材料と組み合わせる4,4 '- N 、 N '-ジカルバゾール-ビフェニル（CBP）、効率的な三層PHOLEDを製造します。明らかに、3層OLEDの性能は、一般的な多層OLEDに匹敵し、さらに優れた効率のロールオフを備えています。これは、励起子消光メカニズムの数学的モデルによって解釈されます。続いて、構造のさらなる最適化を進めるために、単色リン光デバイスで発生したキャリア再結合と励起子消光メカニズムに焦点を当てます。 CBPをドープしたトリス（2-フェニルピリジン）イリジウム[Ir（ppy） ₃ にランジュバンとトラップ支援再結合が存在する場合 ]およびイリジウム（III）ビス-（2-メチルジベンゾ-[f、h]キノキサリン）（アセチルアセトナート）[Ir（MDQ） ₂ （acac）]、2つの励起子消光メカニズム、すなわち三重項-三重項消滅（TTA）と三重項-ポーラロン消滅（TPA）は、数学モデルを介して観察できます。

メソッド/実験

デバイス製造

私たちの実験で使用された低分子有機材料は、Luminescence Technology Corporationから購入されています。つまり、TAPC、Bphen、1,3,5-トリ（m-ピリド-3-イル-フェニル）ベンゼン（TmPyPB）、およびCBPです。リン光ドーパントIr（ppy） ₃ 、Ir（MDQ） ₂ （acac）およびビス[（4,6-ジフルオロフェニル）-ピリジナト-N、C ² ']（ピコリナート）Ir（III）（FIrpic）、およびポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）-ポリ（スチレンスルホン酸）（PEDOT：PSS、PH8000）は、西安のp-OLEDから得られます。したがって、すべての材料と溶媒は市販されており、さらに精製することなく受け取ったままの状態で使用できます。

すべてのデバイスは、パターン化されたインジウムスズ酸化物（ITO）ストライプで覆われたガラス基板上に準備されています。膜を堆積する前に、ITOガラス基板は、Decon 90でのすすぎ、脱イオン水、オーブンでの乾燥、最後にプラズマクリーナーチャンバーでの約5分間の処理など、通常の洗浄プロセスにかけられます。 PEDOT：PSSフィルムは、約40 nmの厚さで堆積する前に、水溶液からスピンコーティングすることによって製造され、その後、PEDOT：PSSフィルムはすべて120°Cで10分間アニールされます。

すべての有機層とカソードは、高真空（〜5×10 ^-4 ）下で抵抗加熱されたタングステンフィラメントと金属ボートを使用した熱蒸着によって蒸着されます。 Pa）1〜2Ås ^-1 の割合で 水晶発振器でその場で監視。実験で使用したカソードはMg：Ag（15：1）合金であり、個別の薄膜堆積モニターによって独立して制御されるため、EMLでのドーピングプロセスも同様です。最後に、各基板上のデバイスの4つのアクティブ領域は10 mm ² でした。 、シャドウマスクを使用してアノードとカソードのオーバーラップによって決定されます[24、25]。

特性

パッケージ化されていないデバイスの輝度-電流密度-電圧特性とスペクトルは、室温の空気中で分光計（GP-500、大塚電子株式会社、大阪、日本）に基づくゴニオフォトメトリック測定システムを使用して同時に測定されます。

過渡電圧減衰測定では、高速スイッチングダイオード（Philips、1N4531）と任意波形発生器（Rigol、DG5102）をデバイスに順番に接続し、デバイスの過渡電圧をデジタルオシロスコープ（Rigol）で記録します。 、DS4054）連続信号平均化後。過渡EL測定では、テスト対象デバイスを駆動するための電気スイッチとして任意波形発生器（Rigol、DG5102）を使用し、EL信号の収集を開始するためのトリガー信号を使用して、パルス幅1msのパルス電圧によってテスト対象デバイスを駆動します。アバランシェフォトダイオード（C30902）と時間相関単一光子計数システムを使用して、過渡EL応答を検出および収集しました。

静電容量-電圧（C-V）特性は、インピーダンスアナライザー（TH2829C、常州通慧電子有限公司、中国）を使用して、振動振幅100 mV、繰り返し周波数1kHzで測定されます。この設定によって適用されるDCバイアスの範囲により、0〜 + 10Vの掃引が可能になります[26]。

結果と考察

AMLなしで簡素化された効率的なOLED

AMLを取り除くために、緑色リン光OLEDのHTLとしてTAPCを選択します。これは、最高被占軌道（HOMO）エネルギーレベルがITOの仕事関数に類似しているためです[5]。 ITO / x / CBP：10 wt％Ir（ppy） ₃ で対照実験を行います （30 nm）/ TmPyPB（50 nm）/ LiF（0.5 nm）/ Mg：Ag（120 nm）OLED、 x の構造 TAPC（50 nm）、MoO ₃ （3 nm）/ TAPC（50 nm）、およびPEDOT：PSS（50 nm）/ TAPC（50 nm）。 3つのデバイスを区別するために、それらを D としてマークします。 ₁ 、 D ₂ 、および D ₃ 順番に。まず、これらのデバイスの静電容量-電圧および電流密度-電圧-輝度特性を分析することにより、これらのデバイスの正孔注入能力を調査します。図1aに示すように、3つのデバイスのターンオン電圧は約3 Vです。これは、容量-電圧特性の最初のピークの最大値に関連しており、ターン-に違いがないことを示しています。 D のAMLなしの電圧 ₁ [9、10、11]。図1bは、3つのデバイスの電流密度-電圧（JV）特性を両対数スケールで示しています。JV曲線を、（I）オーム接触によって引き起こされる漏れまたは拡散制限電流、（II）体積-の3つの領域に分割します。トラップの指数分布を伴う制御電流、および（III）部分的に満たされたトラップを伴う体積制御電流[20]。デバイス D のより高い電流密度 ₃ 領域Iの低い印加電圧では、溶液処理されたPEDOT：PSSフィルムの粗いフィルム形態によって引き起こされるリーク電流に起因する可能性があります。さらに、領域Iと領域IIの間のターニングポイントの右シフト（AからA "）は、 D で最も強いキャリア注入を示します。 ₁ 、 D の最大静電容量値 ₁ より多くの穴がデバイスに注入され、インターフェースまたはバルクに蓄積することを示します[29]。明らかに、ITO / TAPCのインターフェースはより優れた正孔注入能力を示しています。 D の電流密度もわかります。 ₁ 印加電圧の増加に伴い、他の2つのデバイスの値よりも大きくなります。これは、ITO / TAPCインターフェース間に生成されたダイポール層に起因する可能性があります。追加のAMLを導入した後、固有の双極子層が破壊され、2つのデバイス間の注入能力が低下します[10、30]。報告されている参考文献では、AMLを使用して、デバイスの安定性に影響を与える可能性のあるトラップ密度を低減することができます[31]。 D の場合 ₁ 、領域IIIのJ-V曲線の傾き（ m =11）は D の値よりも大きい ₂ および D ₃ （ m =7、8）、 m の高い方の値 常により高いトラップ密度を意味します[18]。デバイス D のより高いトラップ密度 ₁ MoO ₃ などの濡れ層がないため、TAPCフィルムの形態変化に起因する可能性があります。 またはPEDOT：PSS。さらに、図1に示されている転換点CとC ’は、バイアス電圧の増加に伴う電子の注入の急激な増加に関連しています。

a D の静電容量-電圧-輝度（C-V-L）特性 ₁ 、 D ₂ 、および D ₃ 。オレンジ色の実線は、C-V特性の最初のピークの最大値に対応するターンオン電圧を示しています。 b 両対数スケールでの3つのデバイスの電流密度-電圧曲線。さらに、I、II、およびIIIとマークされた紫色の破線でマークされた3つの領域に分割されています。電流密度（J）と電圧（V）は、\（J \ propto {aV} ^ m \）

の関係に準拠しています。

過渡電圧放電特性による上記のデバイスのキャリア注入を研究するために、さらなる研究が行われています。テスト回路を図2aに示します。図2bでは、5Vの印加電圧で2つの応答時間が観察されます。速い減衰時間τ ₁ 図2bの挿入図では約100μsです。次に、その後のゆっくりとした減衰τ ₂ 1桁よりも大きい（τ ₂ ミリ秒スケールです）[7]。ジェネレータが正の電圧を供給する場合、ダイオードはワイヤと見なされます。電荷キャリアはデバイスに簡単に移動でき、キャリア注入バリアを使用すると、有機層、アノード、カソードの界面にそれぞれ一定数の正孔と電子が蓄積されます。印加電圧が負になると、逆にダイオードは無限抵抗になります。電荷キャリアはデバイスに到達できないため、ITO /有機層の界面に残っている正孔が有機層を流れ、カソード界面からの空間電荷によって拡散またはドリフトした残留電子を中和する可能性があります。したがって、2つの応答時間、特にτの下降傾向 ₁ コントラストデバイスの有機層の正孔注入と輸送能力によって決定されます。 D の電圧が ₁ 最速で落下し、ITO / TAPCの構造だけで優れた正孔注入能力を発揮します。サンプルの内部抵抗の抵抗はMΩの大きさに達するため、1MΩの抵抗を持つオシロスコープの影響を無視することはできません。そのため、τの3つの下降トレンドにはわずかな違いしか見られません。 ₂ [21、22]。

a 過渡電圧放電特性測定の試験回路。 b 5 V（ D ）での時間分解過渡電圧減衰特性 ₁ 、 D ₂ 、および D ₃ ）。 [挿入図：速い減衰時間τ ₁ ≈100μs。オレンジ色の破線の矢印は、デバイスのさまざまな落下率を示しています]。 c ターンオン電圧（ V _on ）の S ₁ 、 S ₂ 、および S ₃ [挿入図：輝度-電圧曲線]。 d S の正規化された時間分解エレクトロルミネッセンス（EL）強度 ₁ 、 S ₂ 、および S ₃ 9 Vで。（オレンジ色の破線は、デバイスのEL開始時間をそれぞれ約0.32μs、1.05μs、および0.48μsで示しています）

CMLなしで簡素化された効率的なOLED

その後、ETLをさらに単純化した新しい対照実験を設計します。 Scholzらによって報告された参考文献に記載されているように。 [32]、金属-有機ドナー-アクセプター付加物[Bphen + Ag] ⁺ および[2Bphen + Ag] ⁺ 自己ドーピング効果により、Ag-on-BPhenインターフェースで形成されます。以前の実験結果は、これらの金属有機付加物が、Mg：Ag（15：1）からBphenへの電子の注入を改善することも示しています。したがって、ここではBphenが適切な実験的電子輸送材料として選択されています。構造はITO / TAPC（50 nm）/ CBP：10 wt％Ir（ppy） ₃ （30 nm）/ y / Mg：Ag（120 nm）。 y TmPyPB（50 nm）/ LiF（0.5 nm）、TmPyPB（50 nm）、およびBphen（50 nm）です。 S ₁ 、 S ₂ 、および S ₃ それぞれ3つのサンプルとして定義されます。図2cは、これら3つのサンプルのターンオン特性を示しています。 S ₃ 同じターンオン電圧（ V _on =3 V） S ₁ 、 S の輝度-電圧特性 ₃ S のものと同様です ₁ 図2cの挿入図。したがって、 S の単純な構造は ₃ S と同等の優れた電子注入能力を備えています ₁ 。さらに、過渡ELの時間分解挙動を議論することにより、3つのデバイスのキャリア注入能力を調査することができます。図2dの破線は、デバイスのEL開始時間が S であることを示しています。 ₁ 、 S ₂ 、および S ₃ それぞれ約0.32μs、1.05μs、0.48μsです。 EL開始時間は、遅延時間（ t ）とも呼ばれます。 _d ）。射出時間 t で構成されます _inj 輸送時間 t _trans 。より大きなしきい値電圧 V _th 結果として直接 t が長くなります _inj 。したがって、 S であることを証明するのは簡単です。 ₃ 優れた電子注入能力も持つことができます[23、24、25]。

単純な3層OLEDと多層OLEDの性能比較

最後に、図3aに示すように、3層構造の単純な緑色のPHOLEDが得られます。つまり、ITO / TAPC（50 nm）/ CBP：10 wt％Ir（ppy） ₃ （30 nm）/ Bphen（50 nm）/ Mg：Ag（120 nm）（デバイス3）。さらに、デバイス1とデバイス2は対照的に製造されています。前者には追加の機能レイヤーがあります：MoO ₃ （3 nm）とLiF（0.5 nm）は、それぞれAMLとCMLとして機能しますが、後者は薄いLiFフィルムのみを導入します。図3b、cは、3つのデバイスの電流密度-電圧-輝度特性（J-V-L）および電流効率-輝度-外部量子効率特性（CE-L-EQE）を示しています。図3bに示すように、デバイス3の電流密度と輝度は他の2つのデバイスよりも低くなっていますが、同じターンオン電圧も観察できます。これは、電極改質層を単純化することによって、キャリア注入が影響を受けていないことを示しています。それでも、デバイス3の効率が図3cで最も低いロールオフを示していることは混乱しています。

a 3つのデバイスの構造図。 b 電流密度-電圧-輝度（J-V-L）曲線。 c 現在の効率-輝度-外部量子効率（CE-L-EQE）曲線

デバイス3でのより良い効率のロールオフの存在を説明するために、EQEとJの間の関数を使用して、数学モデルを介して励起子クエンチングメカニズムをシミュレートします。PHOLEDには2つの励起子クエンチングメカニズム、つまり三重項-三重項が存在します。消滅（TTA）および三重項-ポーラロン消滅（TPA）。モデルの反応速度式は次のように示されます。

式の場合。 （4）、電荷キャリアはランゲビン再結合を介して K の速度で再結合すると考えられます。 _L 、ここで q 電気素量μです _{e / h} モビリティ、ε _r は比誘電率であり、ε ₀ は自由空間の誘電率です。トリプレットとポーラロンの密度、 n _T および n _P 、は式によって計算されました。 （5）および（6）、ここで K _TT および K _TP TTAおよびTPAプロセスの動力学を表す速度定数です。実際、内部量子効率（IQE）は、式（1）から注入された電子の数に対する放射減衰トリプレットの比率です。 （7）。簡単にするために、光のアウトカップリングは考慮していません。さらに、低電流密度での電気効率とPL量子効率は1に設定されています。したがって、計算されたIQEは、実験的なEQEと比較するために使用されます[33]。

図4b–dからわかるように、デバイス1とデバイス2、特にTPAには深刻な励起子消光効果がありました。 CBPは双極輸送材料ですが、正孔移動度は電子移動度よりも1桁高くなっています。図4aのエネルギー準位図と組み合わせると、再結合ゾーンはEML / ETLのインターフェイスに隣接している必要があります。さらに、BphenのHOMOおよびLUMOエネルギーレベルはCBPのエネルギーレベルと類似していることがわかります。したがって、穴がCBP層を通過してBphenに入るのは簡単であり、CBPとBphenの間の境界面に蓄積される穴はほとんどありません。デバイス1とデバイス2に関しては、TmPyPBとCBPの間のエネルギーギャップが大きく、図4aでも確認できます。その結果、CBP / TmPyPBの境界面に余分な正孔が蓄積します。 CBP / TmPyPBの界面での異なる正孔蓄積は、同じ界面で形成される励起子に異なる影響を及ぼし、最終的にデバイスの異なるTPAをもたらします。

a 3つのデバイスの概略エネルギーレベル図。シミュレートされた内部量子効率（IQE）（緑または赤の実線）および外部量子効率（EQE）（散乱点）は、電流密度の関数として機能します。三重項およびポーラロン密度（赤と黒の線）は、式（1）に従って計算されます。 （4）–（7）。ハッチングされた領域は、TPAとTTAの相対的な寄与、および全体的な励起子減衰に対する放出の寄与を示しています。 b – d それぞれデバイス1、デバイス2、デバイス3に対応します

モノクロPHOLEDにおける励起子再結合のメカニズムの分析

低濃度のリン光ドーパント分子が分子間距離を長くすることは誰もが知っていることですが、一般に、リン光材料は電荷担体のトラップとして機能すると考えられています。したがって、PHOLEDのEMLには、ランゲビン組換えIとトラップ支援組換えIIの2つの組換えメカニズムがあります。前者の場合、デバイスが印加電圧によって駆動されると、大量のキャリアがEMLに連続的に注入されます。穴はホスト材料を通って移動し、EML / ETLのインターフェイスに蓄積されます。 ETLとカソード間のエネルギーレベルが適切に一致しているため、ほとんどの電子はETLを介してEMLまで流れ、蓄積された電荷と再結合します。この場合、ホスト材料で生成された励起子は、Försterおよび/またはDexterメカニズムによってドーパントに移動します。したがって、それは二分子組換えに属します。後者の再結合ゾーンは、リン光ゲストによって形成される浅いエネルギーレベルのトラップのためにドーパントに位置しています[27]。

上記のメカニズムを調査する必要があります。 EMLで主要な役割を果たすさまざまな再結合タイプとして、デバイスのパフォーマンスにさまざまな影響を及ぼします。 EMLのドーパントが異なるデバイスの構造を図5aに示します。

a EMLに異なるドーパントを含むデバイスの構造：ドーパントを含まない純粋なCBP層、CBPをドープした10 wt％Ir（ppy） ₃ （G）5 wt％Ir（MDQ） ₂ （acac）（R）および15 wt％FIrpic（B）。過渡ELの正規化された強度 b Ir（MDQ） ₂ （acac）、 c Ir（ppy） ₃ 印加電圧をオフにした後の逆バイアス（0 V、− 1 V、− 3 V、− 5 V）によって異なります。電圧パルス幅は1 ms、パルス周波数は100Hzでした。 90 mA cm ^-2 の電流密度 電圧波高として選択されました

再結合の振る舞いは、過渡的なEL測定によって調査されます。図5b、cに示す過渡ELの正規化された強度は、印加電圧がオフになった後、逆バイアス（0 V、-1 V、-3 V、および5 V）を変更することによってテストされますが、電圧パルスの高さは電流密度90mA cm ⁻² 。電圧パルス幅は1ミリ秒、パルス周波数は100Hzです。図5b、cに示すように、緑と赤のデバイスの立ち上がり時間は、逆バイアスの増加とともに遅くなります。ただし、この現象は他の2つのデバイスでは発生しません。逆バイアスは、捕捉されたキャリアをトラップサイトから取り除き、トラップされたキャリアはEL強度への寄与を少なくします。したがって、トラップ支援再結合は、おそらくCBPをドープしたIr（MDQ） ₂ によって製造されたデバイスで構成されていると推測されます。 （acac）またはIr（ppy） ₃ 閉じ込められた電荷の存在による[27]。

トラップされた電荷の存在に関するさらなる研究は、図6aに示す静電容量-電圧曲線の結果を使用したインピーダンス分光測定によって開発されています。緑と赤のデバイスのC-V特性に2つの強いピークが観察されました。さらに、青いデバイスには見かけのピークが1つだけあります。 3つのデバイスの最初のピークに対応するバイアス電圧は、ターンオン電圧とほぼ同じです。デバイスが印加電圧によって駆動され始めると、電荷キャリアがデバイスに絶えず注入され、その結果、低電圧での静電容量が増加すると解釈できます。そして、グリーンデバイスの場合、注入された少量の正孔は、リン光色素を介したトラップによって捕捉されたと見なされます。その後、それらはカソードからの電子と再結合し、トラップ支援再結合を引き起こします。したがって、これらの蓄積された電荷の一部は約3 Vで減少し始めます。同様の現象が赤いデバイスのC-V曲線で見られ、3.5Vでの最初のピークの低下はトラップ支援再結合によって引き起こされます。さらに、2.5〜5 VのC-V曲線のピークが高いのは、赤いデバイスでのトラップ効果が強いためと考えられます。

a C-Vプロット（散乱点、 f =1 kHz）および3つの異なるPHOLEDのL-V曲線（実線）-CBPドープIr（ppy） ₃ （緑）、Ir（MDQ） ₂ （acac）（赤）、およびFIrpic（青）。 V を表すグラフにマークされた紫色の破線 _on 。矢印の線の点は、曲線の変曲点です。 ITO / TAPC（50 nm）/ CBP：10 wt％×（30 nm）/ Bphen（50 nm）/ Mg：Ag（120 nm）OLEDのエネルギー準位図。 Xは b Ir（ppy） ₃ （緑）、 c Ir（MDQ） ₂ （acac）（赤）、および d FIrpic（青）。 I（ランゲビン組換え）およびII（トラップ支援組換え）としてマークされた2つの組換えメカニズムがおそらくEMLで発生します。さらに、青い点は穴を表し、ピンクの点は電子を表します。 e CBP：Ir（ppy） ₃ に基づく緑色リン光OLED 。 f CBP：Ir（MDQ） ₂ に基づく赤色リン光OLED （acac）。三重項およびポーラロン密度（青と黒の線）は、式（1）に従って計算されます。 （4）–（7）

より多くの穴が印加電圧の増加とともに注入されます。トラップされたものに加えて、それらのほとんどはEML / Bphenのインターフェイスに格納されます。したがって、緑と赤のデバイスのC-V曲線の両方が再び上昇します。この時点で、EMLでランゲビン再結合が発生し、内部に保存されているキャリアが減少しています。電荷の散逸率が注入率を超えると、蓄積された電荷は急速に減少し、C-V曲線は急激に低下します。組換えプロセスを図6b、cに示します。比較のために、青いデバイスの静電容量特性に1つの強いピークのみが表示されます。これは、EMLでランゲビン再結合のみが発生することを示しています。再結合メカニズムを使用したエネルギー準位図の概略図を図6dに示します。

上記の数学的モデルを介して結果を検証することもできます。 TTAは高い三重項密度によって引き起こされるが、高いランゲビン再結合率は三重項密度を低下させることはよく知られている。したがって、TTAはLangevin組換えと関連付けることができます。 TPAは、ホスト-ゲストシステムの電荷トラップ特性に依存します。エミッター分子がホスト内のポーラロンのトラップサイトを構成する場合、TPAの加速が期待できます[33]。

CBP：Ir（ppy） ₃ のEMLを使用した、2つのデバイスの全体的な消滅に対するTTAとTPAの対応する貢献 およびCBP：Ir（MDQ） ₂ （acac）を図6e、fに示します。計算されたIQEは、測定されたEQEと一致します。さらに、低バイアス電圧でのIQE曲線とEQE曲線の違いは、リーク電流によって引き起こされます。 2つのデバイスの場合、電流密度が5 mA cm ^-2 未満の場合、ポーラロン密度はトリプレット密度よりも大きくなります。 。したがって、動作条件には2つの消光プロセスがあると考えられます。つまり、EMLでは2つの再結合タイプが発生します。より強いトラップ支援再結合を反映して、より高い割合のTPAが赤いデバイスで発生します[33、34]。

上記のクエンチングプロセスに関して、TTAおよびTPAがリン光OLEDの効率を劇的に低下させる可能性があることは明らかです。したがって、ホスト材料を変更することによるデバイスのパフォーマンスへの影響を調査するために、異なるホスト、つまりCBP、TCTA、2,6-ビス（3-（カルバゾール9,9 '-[4'-（ 2-エチル-1 H -ベンズイミダゾール-1-イル）-9-イル）フェニル）ピリジン[26DCzPPy]および2,2 '[2' '-1,3,5-ベンジントリイル）-トリス（1-フェニル-1-H-ベンズイミダゾール）[TPBi ]。 When CBP is used as the host, the TTA and TPA are efficiently limited. Therefore, the CBP is chose to act as the host in this work.

Single-Layer White OLEDs

Finally, we also fabricate trilayer WOLEDs with the structures of ITO/TAPC (50 nm)/CBP:FIrpic:Ir(MDQ)₂ (acac) (3:1:0.01) (30 nm)/Bphen(50 nm)/Mg:Ag (120 nm). Figure 7a shows the current density–voltage–luminance (J-V-L) characteristic of the device. It indicates that our single-EML WOLEDs possess a low turn-on voltage below 3 V. Moreover, we achieve a high current efficiency of 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

結論

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.

略語

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：

エレクトロルミネッセンス

EML：

Emitting layer

EQE：

外部量子効率

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：

インジウムスズ酸化物

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 ,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