Ukrainian Journal of Physical Optics 

Volume 22, Issue 1, 2021
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Electro-optic properties of double-type emission of organic electroluminescence device

Helzhynskyy I., Kutsiy S. and Albota S.

Lviv Polytechnic National University, 12 S. Bandera Street, 79013 Lviv, Ukraine stepankutsiy@gmail.com

Download this article

Abstract. We study electroluminescence and impedance properties of a double-type white organic light-emitting device (WOLED) based on phosphorescent and thermally activated delayed fluorescence emissions in a single heterostructure. Current–voltage characteristics of the WOLED and impedance spectroscopy data are obtained for the layered and composite-layer devices. These results demonstrate that a combination of layer-based and composite-based technologies in a single heterostructure improves both the efficiency and the stability of WOLED heterostructures. Light-emission performance of the WOLED is also studied. The device reveals very good electroluminescence properties and colour coordinates as a white light source. Its maximal brightness is larger than 104 cd/m2 and the maximal external quantum efficiency is larger than 12%.

Keywords: organic light-emitting devices, exciplex, impedance spectroscopy, negative capacitance

UDC: 621.38
Ukr. J. Phys. Opt. 22 53-60
doi: 10.3116/16091833/22/1/53/2021
Received: 18.01.2021

Анотація. Вивчено електролюмінесценцію та імпедансні властивості білого органічного світловипромінювального пристрою (БОСП) подвійного типу на основі фосфоресцентної та термічно активованої флуоресцентної емісій із затримкою, об’єднаних в єдиній гетеро¬структурі. Одержано вольт-амперні характеристики БОСП та дані імпедансної спектроскопії для шаруватих та композитно-шарових приладів. Ці результати демонструють, що комбінування технологій на основі шаруватості та композитності в єдиній гетероструктурі поліпшує і ефективність, і стабільність гетероструктур БОСП. Вивчено ефективність світлового випромінювання органічного світлодіода. Пристрій виявляє дуже хороші властивості електролюмінесценції та кольорові координати як джерело білого світла. Його максимальна яскравість перевищує 104 кд/м2, а максимальна зовнішня квантова ефективність вища за 12%.

Ключові слова: органічні світловипромінювальні прилади, збуджений комплекс, імпедансна спектроскопія, відємна ємність 
REFERENCES
  1. Wook Songa, Mei Menga, You Hyun, Kima Chang-Bum, Moona Chul, Gyu Jhuna Sang, Youn Leeb, Richard Wood and Woo-Young Kim, 2012. High efficient and color stable WOLED using double white emissive layer. J. Lumin. 132: 2122−2125. doi:10.1016/j.jlumin.2012.03.032
  2. Sanghyuk Park, Ji Eon Kwon, Se Hun Kim, Jangwon Seo, Kyeongwoon Chung, Sun-Young Park, Du-Jeon Jang, Begoña Milián Medina, Johannes Gierschner, and Soo Young Park, 2009. A white-light-emitting molecule: frustrated energy transfer between constituent emitting centers. J. Amer. Chem. Soc. 131: 14043-14049. doi:10.1021/ja902533f
  3. Li C, Xu Y, Liu Y, Ren Z, Ma Y and Yan S, 2019. Highly efficient white-emitting thermally activated delayed fluorescence polymers: synthesis, non-doped white OLEDs and electroluminescent mechanism. Nano Energy. 65: 104057. doi:10.1016/j.nanoen.2019.104057
  4. Hung W Y, Fang G-C, Lin S-W, Cheng S-H, Wong K-T, Kuo T-Y and Chou P T, 2014. The first tandem, all-exciplex-based WOLED. Sci. Rep. 4: 5161. doi:10.1038/srep05161
  5. Nakagawa T, Ku S-Y, Wong K-T and Adachi C, 2012. Electroluminescence based on thermally activated delayed fluorescence generated by a spirobifluorene donor-acceptor structure. Chem. Commun. 48: 9580-9582. doi:10.1039/c2cc31468a
  6. Xie W, Zhao Y, Li C and Liu S, 2005. High-efficiency electrophosphorescent white organic light-emitting devices with a double- doped emissive layer. Semicond. Sci. Techn. 20: 1245. doi:10.1088/0268-1242/20/3/013
  7. Hotra Z, Stakhira P, Cherpak V, Volynyuk D, Voznyak L, Gorbulyk V and Tsizh B, 2012. Effect of thickness of CuI hole injection layer on properties of organic light emitting diodes. Photon. Lett. Poland. 4: 35−37. doi:10.4302/plp.2012.1.13
  8. Tan X, Volyniuk D, Matulaitis T, Keruckas J, Ivaniuk Kh, Helzhynskyy I, Stakhira P and Grazulevicius J V, 2020. High triplet energy materials for efficient exciplex-based and full-TADF-based white OLEDs. Dyes and Pigments. 177: 108259. doi:10.1016/j.dyepig.2020.108259
  9. Etienne Baranoff and Basile F E Curchod, 2015. FIrpic: archetypal blue phosphorescent emitter for electroluminescence. Dalton Trans. 44: 8318−8329. doi:10.1039/C4DT02991G
  10. Jong-Kwan, Bin Nam‐Sung Cho and Jong-In Hong, 2012. New host material for high‐performancblue phosphorescent organic electroluminescent devices. Adv. Mater. 24: 2911−2915. doi:10.1002/adma.201200972
  11. Nam Eun Jeong, Kim Jun Ho, Kim Bong-Ok, Kim Sung Min, Park No Gill, Kim Young Sik, Kim Young Kwan and Ha Yunkyoung, 2004. A synthesis and luminescence study of Ir(ppz)3 for organic light-emitting devices. Bull. Chem. Soc. Jap. 77: 751−755. doi:10.1246/bcsj.77.751
  12. Motoyama Takao, Sasabe Hisahiro, Seino Yuki, Takamatsu Jun-ichi and Kido Junji, 2011. An α-carboline-containing host material for high-efficiency blue and green phosphorescent OLEDs. Chem. Lett. 40: 306−308. doi:10.1246/cl.2011.306
  13. Pfeiffer M, Leo K, Zhou X, Huang J S, Hofmann M, Werner A and Blochwitz-Nimoth J, 2003. Doped organic semiconductors: physics and application in light emitting diodes. Organ. Electron. 4: 89-103. doi:10.1016/j.orgel.2003.08.004
  14. Weiying Gao and Antoine Kahn, 2002. Electronic structure and current injection in zinc phthalocyanine doped with tetrafluorotetracyanoquinodimethane: interface versus bulk effects. Organ. Electron. 3: 53-63. doi:10.1016/S1566-1199(02)00033-2
  15. Qing Zhang, Bo Wang, Jianghong Tan, Guangyuan Mu, Wei Yi, Xialei Lv, Shaoqing Zhuang, Wei Liu and Lei Wang, 2017. Optimized electron-transport material based on m-terphenyl-diphenylphosphine oxide with the harmonious compatibility of high ET and electron mobility for highly efficient OLEDs. J. Mater. Chem. C. 5: 8516−8526. doi:10.1039/C7TC02459B
  16. Grybauskaite-Kaminskiene G, Ivaniuk Kh, Bagdziunas G, Turyk P, Stakhira P, Baryshnikov G, Volyniuk D, Cherpak V, Minaev B, Hotra Z, Agren H and Grazulevicius J V, 2018. Contribution of TADF and exciplex emission for efficient "warm-white" OLEDs. J. Mater. Chem. C. 6: 1543−1550. doi:10.1039/C7TC05392D
  17. Lungenschmied C, Dennler G, Neugebauer H, Sariciftci S N, Glatthaar M, Meyer T and Meyer A, 2007. Flexible, long-lived, large-area, organic solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 91: 379−384. doi:10.1016/j.solmat.2006.10.013
  18. Szmytkowski J, 2007. The photocurrent quantum efficiency dependence on the applied voltage in organic solar cells. Semicond. Sci. Technol. 22: 1329−1331. doi:10.1088/0268-1242/22/12/016
  19. Krebs F C, 2007. Low band gap polymer materials for organic solar cells solar energy. Mater. Sol. Cells. 91: 953−961. doi:10.1016/j.solmat.2007.02.019
  20. Niggemann M, Zimmermann B, Haschke J, Glatthaar M and Gombert A, 2008. Organic solar cell modules for specific applications − from energy autonomous systems to large area photovoltaics. Thin Solid Films. 516: 7181−7187. doi:10.1016/j.tsf.2007.12.093
  21. Toccoli T, Boschetti A, Corradi C, Guerini L, Mazzola M and Iannotta S, 2003. Codeposition of phthalocyanines and fullerene by SuMBE: characterization and prototype devices. Synth. Metals. 138: 3-7. doi:10.1016/S0379-6779(02)01305-X
  22. Brousse B, Ratier B and Moliton A, 2004. Vapor deposited solar cells based on heterojunction or interpenetrating networks of zinc phthalocyanine and C60. Thin Solid Films. 451-452: 81-85. doi:10.1016/j.tsf.2003.10.108
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics