Главная / Библиотека / Определение энергий триплетов и времен затухания светоизлучающих слоев

Определение энергий триплетов и времен затухания светоизлучающих слоев

Определение энергий триплетов и времен затухания светоизлучающих слоев

Введение

Органические светодиоды (OLED) - это устройства, которые излучают свет, когда через них проходит электрический ток. Они похожи на стандартные светодиоды, за исключением того, что электролюминесцентные слои состоят из тонких пленок органического соединения. OLED-светодиоды используются для создания цифровых дисплеев на таких устройствах, как компьютерные мониторы, экраны мобильных телефонов и телевидения. 

OLED могут быть изготовлены как монохромные (красные, зеленые, синие) оптоэлектронные устройства, а также в виде белого излучателя путем смешивания материалов. Кроме того, эти материалы могут быть нанесены аморфными слоями на любую подложку, что из-за несуществующей деформации решетки обеспечивает механическую гибкость. Помимо механических свойств, оптические свойства также представляют интерес для индустрии дисплеев. Однако материалы OLED имеют тенденцию стареть и терять свою эффективность с разной скоростью. Следовательно, важно понимать фундаментальные внутренние процессы этих материалов, чтобы улучшить их.

В отличие от неорганических полупроводниковых систем, в которых на свойства влияют, например, различные легирующие добавки, свойства органических материалов изменяются непосредственно путем изменения структуры молекулы.

Природа проблемы

В процессе производства органических светодиодов необходимы слои с различными функциями, в зависимости от которых слои должны иметь разные оптические свойства. Оптимизация физических свойств отдельных слоев может повысить эффективность всей OLED-системы. 

С целью оптимизации эффективности материалов слоев группе необходимо было получить представление о свойствах отдельных слоев. Для этого были исследованы первое возбужденное синглетное (S1) и триплетное (T1) состояния и расположение их уровней. Время затухания флуоресценции и фосфоресценции, связанных с этими состояниями, было использовано для оценки важных свойств материала OLED.

Полученные данные предоставили информацию о пути и скорости диффузии экситонов, а также о взаимодействиях между различными уровнями энергии. Более того, можно было исследовать термическое поведение материалов, из которых состоит OLED-система.

Экспериментальная установка

Измерительная установка состояла из следующих основных компонентов:

В качестве источника света был использован трехкратный двойной импульсный ND:YAG-лазер, работающий на длине волны 266 нм. Энергия в импульсе лазера составляла 200 мкДж при длительности 1,5 нс. Расширитель пучка был установлен между лазером и криостатом с камерой образца. Схема установки представлена на рисунке 1.

Определение энергий триплетов 1

Рисунок 1. Схематическое изображение измерительной станции

Камера для образцов, охлаждаемая жидким азотом, откачивалась для тепловой изоляции. Она была установлена на конце колонны криостата и имела четыре окна, через которые образец мог облучаться возбуждающим светом, а излучаемый свет мог вводиться в оптическое волокно с помощью коллимирующей линзы. По оптическому волокну передавался световой сигнал на спектрограф (Andor SR-303i-A), где он распределялся на многоканальный детектор (Andor ICCD iStar 320). Фотография экспериментальной установки показана на рисунке 2, где система спектроскопии расположена на заднем плане и криостат с камерой справа.

Определение энергий триплетов 2

Рисунок 2. Фотография измерительной установки со спектрографом и камерой ICCD на заднем плане

При проведении измерения лазер изначально запускался таким образом, что он подавал на камеру предварительный импульс для синхронизации. Задержка распространения в установке составляла ~ 72 нс, поэтому система была настроена на захват второго и каждого последующего импульса, но игнорировала первый лазерный импульс. Программное обеспечение, управляющее камерой, облегчило точное и простое управление задержками синхронизации.

Определение энергий триплетов 3

Рисунок 3. Спектр излучения OLED-материала

Комплект разработки программного обеспечения Labview вместе с внутренним пользовательским приложением позволили создать интегрированную систему с полным контролем над всеми компонентами. Режим  «кинетической серии» вместе с утилитой «шаг затвора» камеры позволил получить серию спектров с различными задержками между лазерным возбуждением и получением оптического излучения. Таким образом были проведены измерения времени затухания из эволюции светового излучения. Было выполнено несколько измерений и усреднены результаты для хорошего отношения сигнал/шум.

Полученные результаты

Спектр излучения OLED-материала показан на рисунке 3. Оценка уровня T1 была проведена путем оценки интенсивности на первом максимальном пике, расположенном на 474 нм на рисунке 3.

На рисунке 4 показан временной ряд интенсивности на 474 нм по мере ее уменьшения с течением времени, который представляет собой зависящий от времени ход излучения, возникающего при рекомбинации экситонов с уровнями T1. Поскольку флуоресценция и фосфоресценция перекрываются, и раннее излучение связано с флуоресценцией, а более позднее излучение - с фосфоресценцией, можно оценить зависящий от времени ход фосфоресценции, сосредоточив внимание на излучении в более поздней части графика (показан на рисунке 5 синей полосой).

Определение энергий триплетов 4

Рисунок 4. Измерение времени затухания образца на основании спада интенсивности при 474 нм

 

Определение энергий триплетов 5

Рисунок 5. Кривая затухания фосфоресценции

Свойства триплет-триплет-аннигиляции (ТТА) OLED-материалов могут быть определены путем подгонки математической модели к зависящему от времени ходу фосфоресценции (Рисунок 6). Поскольку флуоресценция осложняет процесс измерения OLED-материалов с низкой фосфоресценцией, камера использует режим «boxcar», который вводит время задержки перед началом сбора данных, чтобы быстро исчезающая флуоресценция «отклонялась» и не регистрировалась камерой. После этого сенсор камеры экспонируется до появления следующего лазерного импульса. Используя этот метод, можно было также регистрировать спектры очень низкоинтенсивной фосфоресценции.

Определение энергий триплетов 6

Рисунок 6. Определение триплет-триплет-аннигиляции. Смоделированная аппроксимация кривой затухания показана зеленым цветом

На рисунке 7 показаны три спектра другого материала OLED, записанные с разными задержками. Первый спектр (красный) был записан в момент времени t = 0. Он показывает типичный спектр флуоресценции материала OLED. Когда вводится задержка, можно идентифицировать второй пик. Этот второй пик соответствует фосфоресценции. Это показывает, как очень сильный сигнал флуоресценции может доминировать над общим излучением, что может оказаться затруднительным для измерения материалов OLED с низким уровнем фосфоресценции, особенно там, где существует значительное перекрытие между двумя типами излучения; следовательно, это создает проблемы для измерения уровней T1. Однако с более быстрым временем затухания флуоресценции и возможностями камеры с точки зрения управления задержками по времени (и стробированием захвата) все еще можно было измерить очень низкий сигнал фосфоресценции, как показано синей кривой.

Определение энергий триплетов 7

Рисунок 7. Нормированные спектры низкофосфоресцентного материала OLED с разным временем задержки

Выводы

Таким образом, было продемонстрировано как камеру ICCD (Andor iStar) можно использовать для достижения качественных измерений спектров излучения OLED (даже для образцов с низкоинтенсивной фосфоресценцией), включая время затухания излучения в диапазоне длин волн 350-700 нм и время сбора данных (и задержки) с временными интервалами от наносекунд до секунд. С помощью камеры ICCD Andor удалось охарактеризовать слои материала, используемые в органических светодиодах, с точки зрения их низкотемпературных свойств, таких как триплет-триплетная аннигиляция и температурная зависимость профилей распада.

©Andor

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Andor на территории РФ 

Новые статьи
Сверхбыстрая спектроскопия выявляет синглетное деление, ионизацию и образование эксимеров в пленке перилена

В данной работе рассматривается использование сверхбыстрой спектроскопии для выявления синглетного деления, ионизации и образования эксимеров в пленке перилена.

Спектроскопия в медицине
В данной статье речь пойдет об одном из важнейших направлений спектроскопии, а именно применение спектроскопии в медицине
У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2