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http://hdl.handle.net/10773/29831
Título: | Highly efficient organic light emitting diodes based on thermally activated dedlayed fluorescent materials |
Outros títulos: | Díodos orgânicos emissores de luz de grande eficiência baseados em materiais com fluorescência lenta ativada termicamente |
Autor: | Kumar, Manish |
Orientador: | Pereira, Luiz Fernando Ribeiro |
Palavras-chave: | OLEDs TADF Efficiency Solution-processed Recombination region |
Data de Defesa: | Abr-2020 |
Resumo: | Thermally activated delayed fluorescence emitters (TADF) emerged as one of
the most promising candidates for next-generation highly efficient light-emitting
materials up to 100% theoretical limit of internal quantum efficiency. They have
been studied extensively in thermally processed organic light-emitting diodes
(OLEDs). However, their use in solution-processed OLEDs is not advanced due
to charge carrier transport, excitation quenching, and the use of a suitable host
in a simple device structure. The efficiency of solution-processed OLEDs is
limited by the fabrication parameters such as the thickness of organic layers and
printing of the cathode type, and in TADF materials, it is difficult to optimize the
fabrication parameters that can be implemented for the device applications. The
present thesis focuses on the use of fundamental colors red, green, and blue
TADF emitters to fabricate highly efficient but relatively simple device structures
that can be used for large-area applications. A particularly interesting TADF
based OLED design required a host-guest strategy by dispersing a small weight
percentage of guests into an appropriate host matrix. The host helps to transfer
the charge to the emitter and prevent the triplet exciton quenching increasing the
device performance. The investigation encompasses three different emitters and
five different types of hosts, which have either p-type, n-type or bipolar
characteristics. The choice of host material enables us to assess the impact of
energy levels, charge transport properties on device performance and helps to
choose the best host: guest combination for efficient device fabrication.
Using mixed p-type, n-type and bipolar host system of poly(N-vinylcarbazole)
(PVK) with 1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene (mCP), 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-
1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (OXD-7), 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl1-H-benzimidazole) (TPBi) and 4,4′-Bis(N-carbazolyl)-1,1′-biphenyl (CBP) and
bis[2- (diphenylphosphino) phenyl] ether oxide (DPEPO) as host materials, the
work presented in this thesis demonstrates high-performance of OLEDs of redorange 2-[4 (diphenylamino)phenyl]-10,10-dioxide-9H-thioxanthen-9-one (TXOTPA), green 2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole (2PXZOXD) and blue bis[4-(3,6-dimethoxycarbazole)phenyl]sulfone (DMOC-DPS)
emitters. Both thermally and solution-processed methods, and their hybrid
approach were used for device fabrication. In thermally processed OLEDs of red
TXO-TPA, we report an external quantum efficiency (EQE) of 11.22%, current
efficiency (ȠC) of 17.50 cd A-1
, power efficiency (ȠP) of 9.16 lm W-1 with high
luminescence (Lmax) of >13400 cd m-2 and a turn-on voltage of 4V with the
Commission Internationale de L'Eclairage (CIE) coordinates of (0.45, 0.45). In
solution deposited devices, using the different hosts and thickness parameters,
we report an EQE of 18.54% at a low current density of 3 mA cm-2
, Lmax over
10000 cd m-2 with a ȠC of 33.77 cd A-1
, ȠP of 26.52 lm W-1
that turns on at 2.8V
in the solution-processed 2PXZ-OXD emitter. The optimized devices exhibited
excellent suppressed roll-off, and at 1000 cd m-2
, the EQE is 14%, which is
highest among the best reported in such emitters. Along with the effect of
thickness of both the emissive layer (EML) and the electron transport layer (ETL)
on the device performance is also discussed. The results represent among the
high-performance green TADF OLEDs in a simple device structure. Besides, the
basic photophysics studies of emitters in different host matrixes with different
concentrations were also investigated. In the end, a large area of fundamental
panels OLEDs up to 16 cm2 successfully fabricated for real lighting applications.
The large-area thermally evaporated OLEDs based on red TXO-TPA emitters
exhibited an excellent EQE of 17.75% in a three-organic layer device, which is
highest for any TADF large-area OLED ever reported. Materiais TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters) surgem como os mais promissores candidatos para a próxima geração de materiais luminescentes de alta eficiência, com um limite de 100% de eficiência quântica interna. Nos naos recentes, têm sito exaustivamente estudados como emissores em OLEDs (Organic Light emitting Diodes) particularmente por processos de evaporação térmica em estruturas complexas. Contudo, limitações a nível de transporte de carga elétrica, quenching e de materiais para a matriz da camada emissiva, têm dificultado o avanço do fabrico por deposição a partir da via húmida em estruturas simplificadas. A eficiência de OLEDs depositados por via húmida, é limitada pelos parâmetros de fabricação e em particular com os materiais TADF é difícil a sua otimização. O trabalho desta tese é focado no desenvolvimento de OLEDs baseados em materiais TADF (nas cores fundamentais, vermelho, verde e azul) de alta eficiência e e estruturas simples, usando processos de fabrico por via húmida com potencial de aplicação em emissores de larga área. A estrutura de um OLED baseado em TADFs, baseiase no conceito host: guest, dopando uma matriz de um host apropriado com o TADF. O host ajuda a transferir a carga para o emissor e evita o usual quenching do emissor. A investigação abrange três emissores diferentes e cinco tipos diferentes de hosts, que possuem características do tipo p, tipo n ou bipolar. A escolha do material do host permite avaliar o impacto dos níveis de energia e as propriedades de transporte no desempenho do dispositivo. Usando um sistema host p-type, n-type ou bipolar de poly(N-vinylcarbazole) (PVK) com 1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene (mCP), 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)- 1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (OXD-7), 2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl1-H-benzimidazole) (TPBi) e 4,4′-Bis(N-carbazolyl)-1,1′-biphenyl (CBP) e bis[2- (diphenylphosphino) phenyl] ether oxide (DPEPO) como materiais host, o trabalho apresentado neste tese mostra OLEDs com alta performance dos TADFs laranja-vermelho 2-[4 (diphenylamino)phenyl]-10,10-dioxide-9Hthioxanthen-9-one (TXO-TPA), verde 2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)- 1,3,4-oxadiazole (2PXZ-OXD) e azul bis[4-(3,6- dimethoxycarbazole)phenyl]sulfone (DMOC-DPS). Nos OLEDs procesados por evaporação térmica, (TXO-TPA), foi obtida uma eficiência quântica externa (EQE) de 11.22%, uma eficiência de corrente (ȠC) de 17.50 cd A-1 , uma eficiência de potência (ȠP) de 9.16 lm W-1 e um brilho (Lmax) >13400 cd m-2 com um turn-on voltage de 4V e coordenadas de cor (CIE) de (0.45, 0.45). Nos OLEDs depositados por via húmida para o emissor 2PXZ-OXD, foi obtido um EQE de 18.54% a muito baixas densidades de corrente (3 mA cm-2 ), Lmax > 10000 cd m-2 com ȠC de 33.77 cd A-1 , ȠP de 26.52 lm W-1 e um turn-on voltage de 2.8V. Os dispositivos optimizados têm uma excelente supressão do roll-off, onde, para um brilho de 1000 cd m-2 , a EQE é 14%, que é o melhor resultado alguma vez reportado para este emissor. É também discutido o efeito da espessura da camada emissiva (EML) e da camada de transporte de eletrões (ETL) no desempenho do dispositivo. Além disso, os estudos fotofísicos básicos de emissores em diferentes matrizes com diferentes concentrações também foram investigados. No final, OLEDs de larga área, de até 16 cm2 foram fabricados com sucesso para aplicações reais de iluminação. Os OLEDs de grande área com evaporação térmica baseados em emissores vermelhos TXOTPA exibiram um excelente EQE de 17,75% em um dispositivo de três camadas orgânicas, que é mais alto para qualquer OLED de grande área TADF já relatado. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/29831 |
Aparece nas coleções: | UA - Teses de doutoramento DFis - Teses de doutoramento |
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