Fabrication and Characterization of Perylene Diimide Doped Polyfluorene Based Solution Processed Blue Organic Light Emitting Diodes

Abstract

Blue is considered as the major component in many applications of organic light emitting diodes (OLEDs). Most of the polymeric blue emitters including poli[9,9-di-(2-diethylhexyl)-fluorenyl-2,7-diyl] (ADS231BE) attract attention with their solubility and potential in reducing the application costs, but also suffer from wide electroluminescence resulting in color purity issues. Annealing temperature and solvent choice have great influence on morphology and electronic properties. A typical OLED is fabricated by using ADS231BE as the emitter material and effect of annealing temperature on EL properties is investigated between 60C and 150C. OLEDs produced using toluene have shown better efficiency compared to those using chlorobenzene. Regardless of the solvent used, the efficiencies gradually decreased, but the stability and color purity of the devices increased with increasing annealing temperatures. Surface morphologies were examined, and suitable coating conditions were determined. Small molecule orange-red-emitting N,N'-bis(2-ethylhexyl)perylene-3,4,9,10-dicarboxylic diimide (PDI) derivatives were introduced into the blue-emitting conjugated polymer ADS231BE at a concentration of 0.1 wt.%. Electroluminescence, morphology, photoluminescence and Raman analysis of the developed devices were completed to determine the type of aggregation and conformational change caused by PDI doping. Subsequently, to balance charge and improve the electroluminescent character of the devices, a hole transfer layer (HTL) consisting of Poly (N-vinyl carbazole) (PVK) and PVK:1,3-Bis(N-carbazolyl) benzene (mCP) was added to the device structure. Similar morphological and Raman analyses were performed. Compared to the bare ADS231BE containing devices, without changing the CIE coordinate values, approximately, 10 folds of luminance and more than 5 folds of EQE increments were obtained.

Mavi, organik ışık yayan diyotların (OLED'ler) birçok uygulamasında ana bileşen olarak kabul edilir. Polimerik mavi emisyon yapan maddelerin çoğu, poli[9,9-di-(2-diethylhexyl)-fluorenyl-2,7-diyl] (ADS231BE) dahil, çözünürlükleri ve uygulama maliyetlerini azaltma potansiyelleri nedeniyle dikkat çeker, ancak geniş elektrolüminesans (EL) nedeniyle renk saflığı sorunlarıyla karşılaşırlar. Tavlama sıcaklığı ve çözgen seçimi, morfoloji ve elektronik özellikler üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Yayıcı malzemesi olarak ADS231BE kullanılarak, tipik bir OLED üretilmiştir ve 60°C ile 150°C arasındaki tavlama sıcaklığının EL özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Tolüen kullanılarak üretilen OLED'ler, klorobenzen kullanılanlara kıyasla daha iyi verimlilik göstermiştir. Kullanılan çözgenden bağımsız olarak, verimlilik değerleri giderek azalırken, tavlama sıcaklığının artmasıyla cihazların kararlılığı ve renk saflığı artmıştır. Yüzey morfolojileri incelenerek, uygun kaplama koşulları belirlenmiştir. Mavi ışıma yapan konjuge polimer ADS231BE içerisine, küçük molekül turuncu-kırmızı ışıma yapan N,N'-bis(2-ethylhexyl)perylene-3,4,9,10- dicarboxylic diimide (PDI) türevleri kt. %0.1 katkılanarak Förster tipi enerji transferi için kullanılmıştır. Geliştirilen aygıtlarıın elektrolüminesans, morfoloji, fotolüminesans ve Raman gibi incelemeleri yapılmıştır ve PDI katkılamasının sebep olduğu 'yığılma' tipi ve konformasyonel değişim tespit edilmiştir. Ardından aygıt yapısına, yük dengesini sağlamak ve aygıtların elektrolüminesans karakterini geliştirmek için boşluk transfer katmanı (HTL) olarak Poly(N-vinylcarbazole)(PVK) ve PVK 1,3-Bis (N-carbazolyl) benzene eklenmiştir. Benzer şekilde morfoloji ve Raman analizleri gerçekleştirilmiştir. Yalnızca ADS231BE içeren aygıtlarla karşılaştırıldığında, CIE koordinat değerleri değiştirilmeden, parıltı değerlerinde yaklaşık 10 kat ve EQE değerinde 5 kattan fazla artış elde edilmiştir.