* РБК — новости

* *

Супрамолекулы на основе фосфоресцентных красителей для высокоэффективных органических светодиодов

  1. Материалы для ОСИД HICs красного излучения Ir (mphq) 2acac [(бис (2- (3,5-диметилфенил) хинолин)...
  2. Изготовление и производительность OLED
  3. Оптическое моделирование EQE приборов

Материалы для ОСИД

HICs красного излучения Ir (mphq) 2acac [(бис (2- (3,5-диметилфенил) хинолин) Ir (III) (ацетилацетонат)] 19 Ir (MDQ) 2acac [бис (2-метилдибензо [ f , h ] хиноксалин) Ir (III) (ацетилацетонат)] 20 и Ir (mphmq) 2tmd [(бис (4-метил-2- (3,5-диметилфенил) хинолин)) Ir (III) (тетраметилгептадионат)] 19 В качестве фосфоресцентных излучателей использовались N , N' -ди (нафталин-1-ил) -N , N' -дифенилбензидин (NPB) и бис (4,6- (3,5-ди- (3-пиридил) фенил). )) - 2-метилпиримидин (B3PYMPM) использовали в качестве со-хозяев для изготовления ОСИД. Эталонный комплекс ( fac -Ir (phq) 3) 21 с гомолептическим расположением лигандов, идентичных лигандам Ir (mphq) 2acac, также получали. Химическая структура красителей, испускающих красный цвет, и исходных материалов представлена ​​в Рис. 1а , Квантовые выходы фотолюминесценции (ФЛ) ( q ФЛ) излучающих слоев (ЭМЛ) были непосредственно измерены с использованием пленок толщиной 50 нм на кварцевых подложках в сфере интеграции. Измеренные значения q PL для красителей составляли 0,71 для fac -Ir (phq) 3, 0,83 для Ir (mphq) 2acac, 0,82 для Ir (MDQ) 2acac и 0,96 для Ir (mphmq) 2tmd. Система совместного размещения была выбрана для использования преимуществ ее характеристик, формирующих эксиплекс, потому что OLED, содержащие совместно формирующий эксиплекс, имеют практически идеальный баланс электрон-дырка, низкое напряжение возбуждения и низкую эффективность спада. 1 , 5 , 22 , 23 , Рисунок 1b приведены спектры фотолюминесценции пленок с вакуумным испарением NPB и B3PYMPM и совместно испаренной пленки с NPB и B3PYMPM с молярным соотношением 1: 1. Соиспаренная пленка демонстрирует безэмиссионную эмиссию при 510 нм, которая имеет красное смещение по сравнению с таковыми из составляющих ее материалов. Пиковая длина волны близка к разности энергий между энергетическими уровнями самой низкой незанятой молекулярной орбитали (LUMO) B3PYMPM и самой высокой занимаемой молекулярной орбитали (HOMO) NPB, что указывает на то, что система совместного размещения эффективно формирует эксиплексы при фотовозбуждении.

Рисунок 1: Характеристики материала.Рисунок 1: Характеристики материала

( а ) Молекулярные структуры красных фосфоресцентных красителей и молекул-хозяев. ( б ) Нормализованные спектры ФЛ пленок NPB, B3PYMPM и смешанных пленок NPB: B3PYMPM.

Ориентации переходных дипольных моментов фосфоресцентных красителей

Ориентации дипольных моментов перехода красных красителей в смешанных пленках-хозяев определяли путем анализа зависимых от угла спектров ФЛ пленок 5 , 12 , 13 , 15 , Двойное лучепреломление EML было рассмотрено в теоретических фитингах. Рисунок 2а показывает измеренные зависимые от угла интенсивности ФЛ p- поляризованного света, испускаемого пленками NPB: B3PYMPM: красный краситель (молярное отношение 0,48: 0,48: 0,035) толщиной 30 нм при длине волны 605 нм, которые близки к максимумам ФЛ красные излучатели. Экспериментальные данные соответствуют дипольным отношениям горизонтального перехода (Θ) 0,70 для fac -Ir (phq) 3, 0,77 для Ir (mphq) 2acac, 0,80 для Ir (MDQ) 2acac и 0,82 для Ir (mphmq) 2tmd с неопределенностью ± 2%, где Θ определяется как отношение горизонтальной составляющей дипольных моментов перехода к полным дипольным моментам перехода. Кроме того, зависящие от угла спектры ФЛ были хорошо согласованы с теоретической подгонкой на всех длинах волн ( Рис. 2б ). Fac -Ir (phq) 3, гомолептический иридиевый комплекс, демонстрировал почти изотропно ориентированные переходные дипольные моменты, тогда как переходные диполи HIC были преимущественно ориентированы вдоль горизонтального направления, что проявлялось в значениях over более 0,75.

Рисунок 2: Анализ ориентации переходных дипольных моментов.Рисунок 2: Анализ ориентации переходных дипольных моментов

( а ) зависимые от угла интенсивности ФЛ при 605 нм и ( б ) зависящие от угла спектры ФЛ p- поляризованного света из пленки NPB: B3PYMPM толщиной 30 нм: красный краситель (молярное отношение 0,5: 0,5: 0,035). Теоретические расчеты хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Два условия должны быть выполнены для получения переходных дипольных моментов, преимущественно ориентированных в горизонтальном направлении в красных пленках-хозяевах, легированных HIC: (1) HIC должен иметь дипольные моменты триплетных переходов, преимущественно ориентированные вдоль определенного направления, и не иметь комбинации переходные дипольные моменты с различной ориентацией, и (2) сама молекула HIC должна иметь предпочтительную ориентацию по отношению к подложке таким образом, чтобы сочетание обоих условий приводило к переходным дипольным моментам, параллельным горизонтальному направлению. Чтобы определить подробный механизм для (1) и (2), молекулярные моделирования были выполнены.

Геометрия триплетных состояний красных красителей была рассчитана с использованием неограниченного уровня теории B3LYP без ограничений симметрии. Было обнаружено, что геометрия триплетных состояний HIC обладает молекулярной осью C 2, которая пересекает ядро ​​иридия и центральный атом углерода вспомогательного лиганда β-дикетоната. Псевдооктаэдрическую геометрию дополняли оставшиеся части фенилато основных лигандов, которые располагались вдоль диагональных линий, пересекающих атом кислорода и ядро ​​иридия. В случае fac -Ir (phq) 3 геометрия триплетного состояния приняла симметрию C 3. Проверка орбиталей Кона-Шама показала, что ВЗМО распределен по d ( t 2g) -орбитали Ir (III) и π-орбитали фенилато-фрагмента, тогда как LUMO в основном локализован в π * -орбитали N- гетероциклы ( Рис. 3а ). Расчеты теории функционала плотности, зависящей от времени (TD-DFT), были впоследствии выполнены для оптимизированных геометрий, чтобы определить их энергии адиабатического триплетного перехода, и было найдено, что они равны 1,81 эВ для fac -Ir (phq) 3, 1,79 эВ для Ir ( mphq) 2acac, 1,86 эВ для Ir (MDQ) 2acac и 1,83 эВ для Ir (м / ч) 2tmd. В каждом случае триплетный переход в основном включал электронный переход от HOMO к LUMO с коэффициентом взаимодействия конфигурации, превышающим 0,62. Дипольный момент триплетного перехода рассчитывался с использованием квадратичной функции отклика 24 , 25 , Рисунок 3b показаны направления x , y , z дипольного момента для перехода с трех подуровней триплетного состояния. Было обнаружено, что углы между осью C 2 и направлением полных дипольных моментов триплетного перехода HIC были почти прямыми, со значениями 89,02 ° для Ir (mphq) 2acac, 85,19 ° для Ir (MDQ) 2acac и 90,45 ° для Ir (миль / ч) 2tmd. В противоположность этому, направления дипольных моментов триплетного перехода fac -Ir (phq) 3 приняли угол наклона 67,6 ° относительно оси C 3. Следовательно, осевые компоненты (⊥) переходных дипольных моментов вдоль оси C 3 составляли примерно половину экваториальных компонентов (‖) в молекуле (‖: ⊥ = 2.4: 1). Полные результаты расчетов, включая отдельные значения переходных дипольных моментов, обобщены в Дополнительная таблица 1 ,

Рисунок 3: Квантово-химические расчеты красных красителей на основе ДПФ.Рисунок 3: Квантово-химические расчеты красных красителей на основе ДПФ

( а ) Граничные молекулярные орбитали, способствующие наименьшим триплетным переходам из Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd. ( b ) Дипольные моменты триплетного перехода Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd из трех спиновых подуровней показаны стрелками. Переходные дипольные моменты подуровней T x , T y и T z соответствуют черной, красной и синей стрелкам соответственно.

Молекулярные расположения и ориентации красных эмиттеров по отношению к нижележащему субстрату в EML также влияли на ориентацию переходных дипольных моментов. Оптическая анизотропия с различными обычными и необычными показателями преломления была измерена с помощью спектроскопической эллипсометрии с переменным углом (VASE), и данные показали, что длинные молекулярные оси молекул-хозяев были параллельны подложке ( Дополнительный рис. 1 ) 26 , Поскольку EML содержит небольшое количество красных красителей (~ 0,035 мольных долей), молекулярные ориентации красных красителей и их электрооптические характеристики зависят от геометрии связывания красных красителей с молекулами-хозяевами. Для вычислительного исследования межмолекулярных взаимодействий между составляющими молекулами в EML были выполнены геометрические оптимизации на тройных системах NPB / B3PYMPM / красный краситель с использованием DFT с функционалом Perdew – Burke – Ernzerhof 27 с двойным числовым базисным набором и поляризационным базисом, установленным под эффективным внутренним потенциалом. Рисунок 4a – d показывает оптимизированную геометрию молекулярных кластеров красного красителя / со-хозяина (или супрамолекул), показывая, что ось C 2 HIC (Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd), а также поскольку ось C 3 fac -Ir (phq) 3 была почти перпендикулярна длинным осям молекул молекул NPB и B3PYMPM. Энергии связи четырех систем красный краситель / совмещенный (то есть NPB-краситель-B3PYMPM) были почти идентичны при ~ 70 ккал / моль. Энергии парного связывания систем NPB / B3PYMPM / краситель приведены в Таблица 1 , Примечательно, что энергии связи между HIC и молекулами-хозяевами (NPB или B3PYMPM) были в ~ 10-20 раз сильнее, чем энергии связи между другими парами связывания (2-3 ккал / моль). Сильные энергии связи HIC с молекулами-хозяевами можно объяснить главным образом электронодефицитной природой N- гетероциклов, которые сильно взаимодействуют с богатой электронами областью ароматических колец в хвосте молекул-хозяев. Изоповерхности молекулярного электростатического потенциала (ESP) для HIC и молекул-хозяев показаны на Рис. 5a – f , Изоповерхности предполагают, что высокоэлектроположительные пятна (+0,1 Дж-С-1) у метильных групп (Ir (mphmq) 2tmd и Ir (MDQ) 2acac) или водородов (Ir (mphq) 2acac), принадлежащих N- гетероциклам HICs ответственны за сильные кулоновские взаимодействия с электроотрицательными ароматическими плоскостями молекул-хозяев. Из оптимизированной геометрии связывания в Рис. 4a – c молекулы хозяина пристыкованы в пространстве между этими двумя точками ( N- гетероциклы и вспомогательные лиганды β-дикетоната), и они почти перпендикулярны осям C 2 HIC. Таким образом, пространства между высоко электроположительными пятнами можно рассматривать как сайты связывания для молекул HIC, которые приводят к супрамолекулярной сборке между HIC и молекулами-хозяевами. Поскольку молекулы NPB и B3PYMPM горизонтально ориентированы в пленках-хозяевах, оси C 2 молекул HIC имеют тенденцию быть более или менее перпендикулярными поверхности пленки. Поэтому из этих расчетов следует, что предпочтительная ориентация переходных дипольных моментов HIC в EMLs происходит вдоль горизонтального направления из-за почти перпендикулярного направления переходных дипольных моментов к оси C 2 в HIC. Однако для fac -Ir (phq) 3 прогнозируется меньший дипольный момент горизонтального перехода, поскольку молекула имеет отношение дипольного момента горизонтального перехода к вертикальному значению ~ 0,705: 0,295 от ‖: ⊥ = 2,4: 1, потому что C 3 ось перпендикулярна подложке. Соотношение очень близко к экспериментально полученному Θ = 0,70. Примечательно, что вращение гомолептической молекулы существенно не меняет ориентационный фактор Θ из-за молекулярной симметрии.

Рисунок 4: Оптимизированная геометрия связывания супрамолекул со-хозяина красного красителя.

( a ) B3PYMPM-Ir (mphq) 2acac-NPB, ( b ) B3PYMPM-Ir (MDQ) 2acac-NPB, ( c ) B3PYMPM-Ir (mphmq) 2tmd-NPB и ( d ) B3PYMPM-Ir (phq) 3- НПБ.

Таблица 1: Парные энергии связывания хозяев (NPB и B3PYMPM) и красных красителей (Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd).Рисунок 5: Изоповерхности молекулярного ESP.Таблица 1: Парные энергии связывания хозяев (NPB и B3PYMPM) и красных красителей (Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd)

( a ) Ir (phq) 3, ( b ) Ir (mphq) 2acac, ( c ) Ir (MDQ) 2acac, ( d ) Ir (mphmq) 2tmd, ( e ) NPB и ( f ) B3PYMPM. Цифры на изоповерхностях указаны в J C − 1. Электронодефицитная природа N- гетероциклов и вспомогательного лиганда β-дикетоната сильно взаимодействует с богатой электронами областью ароматических колец в хвосте молекул-хозяев.

Стоит отметить, что наше моделирование геометрии связывания было основано только на оптимизации трех молекул, состоящих из одной молекулы-эмиттера и двух молекул-хозяев. Тем не менее, потому что содержание излучателей в этой аморфной смеси довольно мало, и потому что излучатели, исследованные в этом исследовании, имеют только два сайта связывания с чрезвычайно высокими энергиями связи с молекулами-хозяевами (в 10–20 раз больше, чем у излучателя-излучателя и хозяина). Взаимодействия-хозяина), мы предполагаем, что супрамолекула хозяин-эмиттер-хозяин представляет собой единичную псевдомолекулу, состоящую из эмиссионного слоя с избыточными молекулами хозяина, и что на ее внутреннюю геометрию мало влияют соседние псевдомолекулярные единицы или молекулы хозяина.

Изготовление и производительность OLED

Проверив предпочтительную горизонтальную ориентацию переходных диполей HIC, мы изготовили ОСИД для изучения влияния анизотропного выравнивания диполей. Рисунок 6а схематично показывает конфигурацию устройства и уровни энергии слоев, которые были включены в устройства. Многослойные OLED были приготовлены со следующими слоями: оксид индия и олова (ITO; 100 нм) / 1,1-бис [4-ди (п-толуил) аминофенил] циклогексан (TAPC; 75 нм) / NPB (10 нм) / NPB: B3PYMPM: 3,5 мол.% Красных красителей (30 нм) / B3PYMPM (10 нм) / B3PYMPM: 2 мас.% Rb2CO3 (45 нм) / Al (100 нм). NPB и B3PYMPM были использованы в качестве материала для переноса дырок и материала для переноса электронов соответственно. Материал для переноса дырок и материал для переноса электронов также использовались в качестве со-хозяев EML в молярном соотношении 1: 1. Эта система совместного размещения облегчает эффективную инжекцию заряда от электродов в EML, потому что она удаляет барьер инжекции для электронов (или дырок) из слоя переноса электронов (ETL или дырочный слой переноса) в EML.

Рисунок 6: Структура устройства и производительность OLED для красных красителей.Рисунок 6: Структура устройства и производительность OLED для красных красителей

( а ) Принципиальная схема структуры устройства и уровней энергии устройства. ( б ) J - V - L кривые. На вставке: угловое распределение интенсивности ЭЛ ОСИД. Пунктирная линия на вставке показывает распределение Ламберта. ( c ) EL-спектр ОСИД. ( d ) EQE и энергетическая эффективность как функция яркости.

Характеристики плотности тока, напряжения, яркости ( J - V - L ) OLED, содержащих fac -Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac или Ir (mphmq) 2tmd, показаны в Рис. 6б , Устройства показали идентичные J - V характеристики, но разные L - V характеристики из-за различий в их спектрах излучения и EQE. Электролюминесцентные (EL) спектры ( Рис. 6с ) OLED соответствовали спектрам фотолюминесценции красителей, легированных в совмещенной пленке. EQE и энергетическая эффективность устройств, откалиброванных с использованием профилей зависимого от угла числа испущенных фотонов (вставка Рис. 6б ) показаны в Рис. 6d , EQE устройства Ir (mphmq) 2tmd было выше, чем у устройств, содержащих Ir (MDQ) 2acac, Ir (mphq) 2acac или fac -Ir (phq) 3. В частности, устройство Ir (mphmq) 2tmd показало очень высокий EQE - 35,6% при яркости 350 кд / м 2, что в 1,5 раза выше самой высокой эффективности, зарегистрированной на сегодняшний день для красных ОСИД, и даже выше, чем у зеленых ОСИД. 1 , 2 , 3 , 19 , 28 , 29 , Снижение эффективности также было очень небольшим, поскольку EQE составляло 35,1% при 1000 кд / м 2 и 30,0% при 10000 кд / м 2. Если учитывать чувствительность человеческих глаз, красная эмиссия с яркостью 10000 кд / м 2 соответствует интенсивности излучения, в 2-3 раза превышающей интенсивность зеленой эмиссии при той же яркости. Высокий EQE в сочетании с низким напряжением включения (2,1 В) и низким напряжением возбуждения привели к высокой энергоэффективности с максимальным значением 66,2 лм Вт-1 (53,6 лм Вт-1 при 1000 кд м-2) в оптимизированное устройство.

Оптическое моделирование EQE приборов

Чтобы объяснить высокий EQE, максимальный EQE для устройства Ir (mphmq) 2tmd был смоделирован как функция от общей толщины ETL ( t ETL) с использованием q PL = 0,96 и Θ = 0,82 (исх. 30 ). Как показано в Рис. 7а рассчитанные профили демонстрируют синусоидальное изменение EQE с увеличением t ETL и очень хорошо соответствуют экспериментальным данным в широком диапазоне t ETL. Данные J – V – L , зависимые от угла диаграммы направленности, спектр излучения, данные квантовой эффективности и энергоэффективности для устройств в Рис. 7а показаны в Дополнительные рисунки 2–5 , Мы повторили расчет максимальных EQE оптимизированных устройств с красными красителями, используя значения ( q PL , Θ) (0,71, 0,70) для fac -Ir (phq) 3, (0,83, 0,77) для Ir (mphq) 2acac, (0,82, 0,80) для Ir (MDQ) 2acac и (0,96, 0,82) для Ir (mphmq) 2tmd. Мы предполагали идеальный электронно-дырочный баланс в этих устройствах. Предсказанные максимальные значения EQE для устройств на основе fac -Ir (phq) 3, Ir (mphq) 2acac, Ir (MDQ) 2acac и Ir (mphmq) 2tmd составили 22,2%, 29,1%, 29,6% и 34,9% соответственно. Эти значения находятся в отличном согласии с измеренными максимальными значениями EQE для fac -Ir (phq) 3 (20,9%), Ir (mphq) 2acac (27,6%), Ir (MDQ) 2acac (27,1%) и Ir (mphmq) 2tmd (35,6%) содержащие устройства. Беспрецедентное значение EQE 35,6% происходит из-за высокого Θ в сочетании с высоким q PL Ir (mphmq) 2tmd.

Рисунок 7: Оптическое моделирование EQE устройств.Рисунок 7: Оптическое моделирование EQE устройств

( a ) EQE для OLED на основе Ir (mphmq) 2tmd с различной толщиной ETL (кружки с точками). J – V – L , зависимые от угла диаграммы направленности, спектры излучения, данные по квантовой эффективности и энергоэффективности для этих устройств показаны в Дополнительные рисунки 2–5 , ( б ) Контурная диаграмма максимальных EQE, достижимых с Ir (mphmq) 2tmd, обладающих определенным квантовым выходом ФЛ ( q PL) и отношением горизонтального диполя (Θ).

Реклама

Популярные новости

Агентство по эскорт услугам
У многих слово «эскорт» ассоциируется с элитным сопровождением, дорогими машинами и длинноногими красавицами-моделями, которых богатые владельцы крупных фирм берут с собой на светские рауты в качестве

Франшиза страхового агентства
К Вашему вниманию франшиза страхового агентства — Точка Страхования. Основными направлениями деятельности являются реализация полисов ОСАГО и КАСКО. Что входит в франшизу• Техническая поддержка наших

Детективные агентства киева
На страницах нашего сайта Вы найдете много полезной информации, которая необходима в повседневной жизни. Вы имеете возможность обратиться к нам, оставив заявку либо позвонить по одному из номеров, указанных

Федеральное агентство по техническому регулированию
В 2003 году, 1 июля, вступил в действие ФЗ, определяющий основы технического регулирования. В рамках закона создана новая система установления норм для производственных процессов, продукции, услуг и работ.

Btl агентство полного цикла
Нередко рекламные услуги заказываются одновременно у нескольких поставщиков: одна фирма выполняет полиграфию, другая проводит исследование рынка, третья следит за общей успешностью проводимых мероприятий.

Русское агентство новостей
Русское Агентство Новостей (РуАН) создано, как альтернатива разнузданному, повсеместному шабашу, развёрнутому в СМИ равнодушными, недалёкими, продажными и недружественными к нормальным людям персонажами,

Мегаполис сервис агентство недвижимости
Агентство недвижимости «Мегаполис Сервис», предлагает все виды риэлторских услуг на рынке недвижимости. Купля-продажа, обмен квартир, домов, комнат, земельных участков, коттеджей, коммерческой недвижимости.

Сдать квартиру через агентство
Почему стоит держаться подальше от агентств недвижимости Что бы ответить на первый вопрос и понять почему идея сдать квартиру через агентство не самая блестящая, мне придется процитировать книгу “6

Агентство по подбору домашнего персонала
Проблема поиска хорошей няни, надежной помощницы по хозяйству, квалифицированного репетитора для ребенка или сиделки для пожилого родственника знакома многим людям. Избавить их от множества хлопот по


Реклама

Календарь новостей

Реклама

Архив новостей

Реклама