Material Matters Basics Vol. 1, No. 1 EL EL EL
EL EL 1,2 3 1 E-mail yahiro@isit.or.jp 2 E-mail yahiro@cstf.kyushu-u.ac.jp 3 E-mail adachi@cstf.kyushu-u.ac.jp 1 EL... 2 1-1... 2 1-2 EL -1-... 3 1-3 EL -2-... 3 2 EL... 5 2-1 EL... 5 2-2 EL... 6 2-2-1 EL... 6 2-2-2 EL... 6 3 EL... 8 3-1... 8 3-2 ITO... 8 3-2-1 ITO... 8 3-2-2... 9 3-3 EL... 9 3-3-1... 9 3-3-2... 11 3-4... 11 4... 12 4-1... 12 4-2... 13 5... 14 6... 14 Appendix EL... 15 A1-1... 15 A1-1-1... 15 A1-1-2... 15 A1-2... 15 A1-2-1... 15 A1-2-2... 17 A1-3... 17 A1-4... 18 Appendix... 19 Appendix... 19 A3-1... 19 A3-2... 19 1 EL 1-1 Mechanoluminescence Photo-luminescence Electroluminescence ELChemiluminescence EL 1-1 EL EL EL OLED Organic Light Emitting Diode 1-1 EL EL EL EL ma/cm 2 2 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL ka/cm 2 EL 1 2 3 4 - Indium-Tin Oxide:ITO 1-3 10 EL 1-2 EL -1- EL 1953 A. Bernanose EL EL 1 1960 New York M. Pope NRC Canada W. Helfrich 1-2 2-4 W. Helfrich EL 1-3 1-3 EL -2- C. W. Tang EL EL EL 1987 C. W. Tang 100 nm EL 11 ITO 75 nm Tris 8-quinolinolate aluminum Alq 3 60 nm MgAg ITO 10 V 1,000 cd/m 2 1 EL EL 1-4 1-2 EL 1970 1980 EL Organic Photoconductor OPC 5 6, 7 EL LB EL 8, 9 1980 S. Hayashi Alq 3 Diamine 1-4 C. W. Tang EL EL 1 EL C. W. Tang EL EL EL C. Adachi 1-5 C. W. Tang 12, 13 Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 3
EL Mg PV Emitter TPD Au Glass 1-5 12) 1990 EL C. Hosokawa 1-6 14 Y. Hamada Alq 3 EL 15 ITO TPD 16 TPD 12 PBD 13 Alq 3 11 14 EL 26, 27 EL 28 29 NTT 30 EL 77 K EL 5 8 C. Adachi S. Tokito 19 31 12 32 6 20 33, 34 1990 EL 1987 10 EL 2007 12 EL 1-8 1-9 1-6 4,4'-bis (2,2-diphenylethenyl) biphenyl π PPV EL 17 PAT 18 PF 19 1-7 π EL 20 1-8 EL XL-1 1-9 EL PAT PF 1-7 PAT PF 625 nm 520 nm 460 nm EL 21 22 EL EL 23, 24 25 Princeton Southern California EL 4 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL 2 EL 2-1 EL EL / EL EL 2-1 Appendix r f ext -3.3 ev -3.8 ev Mg 0.9 Ag 0.1 Al -4.3 ev Mg 0.9 Ag 0.1 Al LiF Al 0.5 nm 1.0 nm LiF Mg 0.9 Ag 0.1 22 CuPc LiF EL EL 38 LUMO 5.0eV ITO 2.6eV α-npd 3.3eV Alq 3 3.8eV MgAg 5.5eV 6.0eV HOMO γ 2-2 2 EL η ext η f η r 25 75 EL 2-1 EL EL 2-2 ITO/ α-npd 50 nm / Alq 3 50 nm / MgAg 150 nm / Ag 10 nm α-npd -5.5 ev Highest Occupied Molecular Orbital HOMO ITO ITO α-npd HOMO ITO -4.7 ev UV- ITO -5.0 ev Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy UPS 35 CuPc 15 nm CuPc UPS 36 Lowest Unoccupied Molecular Orbital LUMO Alq 3 LUMO EL 10-3 10-6 cm/v s π-π EL Space Charge Limited Current, SCLC 39 SCLC J A/cm 2 cm/v/s L m V VF/m J 9 8 εε μv L 2 0 = (2.1) 3 100 nm 10-3 cm/v s EL 10V 30 A/cm 2 1 3 2-3 27 75 Ir EL Intersystem Crossing ISC 100 Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 5
EL S 1 25 75 T 1 / / - / ITO/ TPD 40 nm / CBP 6wt - Ir ppy 3 20 nm / BCP 10 nm / Alq 3 30 nm / LiF 0.5 nm / Al 100 nm / / / / / S 0 2-3 HOMO LUMO DCM Alq 3 Alq 3 DCM 2-4 DCM DCM 1mol MgAg LiF/Al EL 20 80 40 Finite-difference time-domain FDTD 41 42 43 ITO ITO 44 EL EL EL ext EL η φ = γ η η η ( ext) r f ext 2.2 5 20 Appendix A1-2. 2-2 EL Alq 3 LUMO3.0 ev DCM LUMO3.5 ev DCM HOMO5.6eV Alq 3 HOMO6.0eV 2-4 EL HOMO-LUMO UPS HOMO-LUMO EL 520 nm Ir ppy 3 α-npd TPD 2-2-2 EL (Web 製品リスト ) HOMO HOMO 2-2-1 EL EL 3 C. W. Tang 2-2 ITO/α-NPD 50 nm / Alq 3 50 nm / MgAg 150 nm / Ag 10 nm / / / DCM ITO/α-NPD 50 nm / Alq 3 1mol - DCM 50 nm / MgAg 150 nm / Ag 10 nm CuPc PEDOT/PSS m-tdata 6 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL TPD α-npd TCTA BCP DPvBi CBP π Alq 3 BCP t-bu-pbd Flrpic Ir(ppy) 3 (ppy) 2 Ir(acac) Alq 3 100 Coumarin DCM PPV PPV EL PPV MEH-PPV PF Alq 3 Zn-PBO Web DMQ DCM2 www.sigma-aldrich.com/ms-jp Aldrich Materials Science Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 7
EL 3 EL 3-1 C-C C-H 3-1 g 10-3 Pa Train Sublimation (a) (b) 3-2 CuPc 3-3 Train Sublimation Heat 3-3 3-2 ITO EL ITO Indium-Tin Oxide 10Ω/ ITO (c) 3-2-1 ITO (a) 40mm (b) 3-1 Train Sublimation abc 3-2 14mm (c) ITO 3mm 2mm 4mm 2mm 3mm EL (d) 8 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL (e) 3:1 1:3 vol ratio ITO ITO 10 ITO ITO ITO ITO 3-2-2 3-4 5 5 IPA 5 ITO ITO IPA EL ITO IPA UV/ 10 15 15mm (a) (b) 3-4 1mm 3-3 EL 3-3-1 EL m P Pa T K D m 45 λ = 24 2 3.1 10 T / PD (3.1) EL Alq 3 46 Alq 3 2 10 21 /cm -3 Alq 3 Alq 3 1.4 nm 300K 1Pa 0.5 mm 10-3 Pa 50 cm 10-3 Pa 50 cm 3 30 cm 10-4 Pa Zn /m 2 s P Pa T K M g/mol 45 24 1 2 Zn = 2.6 10 P /( MT ) (3.2) 10-4 Pa 300 K M 02 32 2.7 10 18 /m 2 1.4 nm Alq 3 6.5 10 17 /m 2 1 C-C 10-4 Pa 10-3 Pa H. Aziz 47 T. Ikeda 48 10-4 Pa 1 2 Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 9
EL 3-5 0.1 ppm UV FET FET / FET Ta Mo BN K- 30cm 8 3-5 3-6 EL 2 2 30 cm 10 12 rpm 10 cm 3-6 Mg Ag Ca LiF W Ta V W Al Al Cu E- Al W Li Cs 2 10 V 100 A Pt Ta 450 3-7 Ta Ta Ta Ta Mg W V Ag, Au, LiF W Al, Ca 3-7 10 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL 3-8 Z-ratio Tooling Factor Tooling Factor EL 10 100 nm 30 mg 10 mg ( 3-8 3-3-2 X mol M host W host R host M gest W gest R gest W M host Wgest M gest W + M host gest gest host 100 mol% 3.3 = X M gest X W gest = W M 100 X host (3.4) W : W = R : R (3.5) host host gest host gest M gest X R gest = R M 100 X host (3.6) X EL 1 5 /s wt M host =459.44 g/mol Alq 3 M gest =303.36 g/mol DCM 1mol 3.6 3 R = 6.67 10 (3.7) gest R host Alq 3 R host =5 /s R gest =0.033 /s 10 0.33 Tooling Factor Y 3 Y 3 R host =15 /s R gest =0.099 /s10 1 Tooling Factor 3 R gest 1 /10s R host = 15 /s Tooling Factor 3 1/3 Mg Ag 10 1 wt ratio 3-4 EL EL 20 V EL 1 pa 100 ma 1A nw mw cd/m 2 lm/w 0.1V 0.5V 15V Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 11
4 EL EL ext int η φ ( ext) = N photon = ( P E) N career ( I e) 19 1.602 10 P λ = 34 8 6.626 10 2.998 10 I 5 P λ = 8.06 10 I (4.5) lm/w e cd/a c EL J-V ext -J EL EL ma/cm 2 4-1 External quantum efficiency ext η φ ( ext ) 100 (4.1) EL EL PW/m 2 1 E J E hν = hc λ = (4.2) h 6.626 10-34 J sv s -1 c 2.998 10 8 m s -1 m P W/m 2 E N photon s -1 m -2 P( W ) E( J ) = P( J s ) E( J ) 1 N photon = (4.3) 1 W1 1 J J s -1 I A EL N career s -1 m -2 A/m 2 e 1.602 10-19 C=A s N career ext = I( A) e( C) = I( A) e( A s 1 ) (4.4) Appendix Mlm/m 2 P W/m 2 y K m 683 lm/w M ( λ) P Km y( λ) = (4.6) EL EL M λ') = P K y( λ') F( λ') F( λ) dλ ( m (4.7) F( λ') M ( λ') dλ' = P K m y( λ') dλ' F( λ) dλ M M M = P K m F( λ') y( λ') dλ' F( λ) dλ (4.9) (4.8) EL M lm/m 2 M = P K L cd/m 2 m F( λ) y( λ) dλ F( λ) dλ M L = π (4.11) (4.10) EL EL W J/s EL EL W/m 2 W/m 2 L cd/m 2 M lm/m 2 P W/m 2 1 12 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
W 555nm 1 lm lm/m 2 cd cd/m 2 lx L-V 2.5 V EL 4 1 L cd/m 2 M lm/m 2 P W/m 2 1 L cd/m 2 1 π π /683 2 M lm/m 2 1/π 1 1/683 2 P W/m 2 1 683/π 683 1 1 555 nm 2 683 K m =683 lm/w 555 nm 4-2 EL ITO/α-NPD 50 nm / Alq 3 50 nm / MgAg 150 nm / Ag 10 nm J - V 0 2.5 V 2.5 V EL EL 2.4 2.6 V10V 80 100 ma/cm 2 4-2 - L-J Ex - J Alq 3 α-npd 4-1 - J-V L - J EL 4-3 - Ex-J Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 13
EL PL EL PL EL EL PL 5 EL EL EL EL Appendix 6 4-4 EL PL UV-Vis UV-Vis PL Appendix PL 4-5 DCM Alq 3 1) A. Bernanose, M. Conte, P Vouauzx, J. Chim. Phys., 1953, 50, 64. 2) M. Pope, H. P. Kallmann, P. Magnante, J. Chem. Phys., 1963, 38, 2042. 3) W. Herfrich and W. G. Schneider, Phys. Rev. Lett., 1965, 14, 229. 4) W. Herfrich and W. G. Schneider, J. Chem. Phys., 1965, 44, 2902. 5) W. D. Gill, J. Appl. Phys., 1972, 43, 5033. 6) G. Pfister, Phys. Rev., 1977, B 16, 3676. 7) P. M. Borsenberger, W. Mey and A. Chowdy, J. Appl. Phys., 1978, 49, 273. 8) P. S. Vincett, W. A. Barlow and R. A. Hann, Thin Solid Films., 1982, 94, 171. 9) G. G. Roberts, M. M. McGinniity, W. A. Barlow, P. S. Vincett, Solid State Commun., 1979, 32, 683. 10) S. Hayashi, T. T. Wang, S. Matsuoka, S. Saito, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1986, 135, 355. 11) C. W. Tang and S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett., 1987, 51, 913. 12) C. Adachi, S. Tokito, T. Tsutsui and S. Saito, Jpn. J. Appl. Phys., 1988, 27, L269. 13) C. Adachi, S. Tokito, T. Tsutsui and S. Saito, Jpn. J. Appl. Phys., 1988, 27, L713. 14) C. Hosokawa, H. Higashi, H. Nakamura, T. Kusumoto, Appl, Phys. Lett., 1995, 67, 3853. 15) Y. Hamada, T. Sano, M. Fijita, T. Fujii, Y. Nishio and K. Shibata, Jpn. J. Appl. Phys., 1993, 32, L514. 16) Y. Shirota, Y. Kuwabara and H. Inaba, Appl. Phys. Lett., 1994, 65, 807. 17) J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns and A. B. Holmes, Nature, 1990, 347, 539. 18) Y. Ohmori, M. Uchida, K. Muro and K. Yoshino, Jpn. J. Appl. Phys., 1991, 30, L1938. 19) Y. Ohmori, M. Uchida, K. Muro and K. Yoshino, Jpn. J. Appl. Phys., 1991, 30, L1941. 20) A. R. Brown, D. D. C. Bradley, J. H. Burroughes, R. H. Friend, N. C. Greenham, P. L. Burn, A. B. Holmes and A. Kraft, Appl. Phys. Lett., 1992, 61, 2793. 21) J. Kido, H. Shionoya and K. Nagai, Appl. Phys. Lett., 1992, 67, 2281. 22) T. Wakimoto, Y. Fukuda, K. Nagayama, A. Yokoi, H. Nakata, M. Tsuchida, IEEE Transactions Electron Devices, 1997, 44, 1245. 23) N. Takada, T. Tsutsui and S. Saito, Appl. Phys. Lett., 1993, 63, 2032. 24) 1998, 36, 479. 25) EL 19 p18. 26) M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E. Burrows, M. E. Tompson, S. R. Forrest, Appl, Phys. Lett., 1999, 75, 4. 27) M. A. Baldo, D. F. O Brien, Y. You, A. Shoustikov, A. Aibley, M. E. Thompson and S. R. Forrest, Nature, 1998, 395, 151. 28) T. Tsutsui, M. Yang, M. Yahiro, K. Nakamura, T. Watanabe, T. Tsuji, Y. Fukuda, T. Wakimoto, S. Miyaguchi, Jpn. J. Appl. Phys., 1999, 38, L1502. 29) 51 1990, p1041. 30) S. Hoshino and H. Suzuki, Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 224. 31) C. Adachi, M. A. Baldo, S. R. Forrest and M. E. Tompson, Appl. Phys. Lett., 2000, 77, 904. 32) C. Adachi, M. A. Baldo, S. R. Forrest, S. Lamansky, M. E. Thopmson and R. C. Kwong, Appl. Phys. Lett., 2001, 78, 1622. 33) C. Adachi, R. C. Kwong, P. Djurovich, V. Adamovich, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett., 2001, 79, 2082. 34) S. Tokito, T. Iijima, Y. Suzuki and F. Sato, Appl. Phy, Lett,. 2003, 83, 569. 35) K. Sugiyama, H. Ishii, Y. Ouchi and K. Seki, J. Appl. Phys., 2000, 87, 295. 36) EL 7 2001, p.103. 37) T. Wakimoto, Y. Fukuda, K. Nagayama, A. Yokoi, H. Nakada and M. Tsuchida, IEEE Trans. Electron Devices, 1997, 44, 1245. 38) Y. Sato, T. Ogata, S.Ichisawa, M.Fugono and H. Kanai, Proc. SPIE, 1999, 3797, 198. 39) P. E. Burrows, Z. Shen, V. Bulovic, D. M. McCarty, S. R. Forrest, J. A. Cronin and S. R. Forrest, J. Appl. Phys., 1996, 79, 7991. 40) N. C. Greenham, R. H. Friend and D. D. C. Bradlay, Adv. Mater., 1994, 6, 491. 41) 50 No3, 2003, 1408. 42) G. Gu, D. Z. Garbuzov, P. E. Burrows, S. Venkatesh, S. R. Forrest and M. E. Thompson, Opt. Lett., 1997, 22, 396. 43) S. Moller and S. R. Forrest, J. Appl. Phys., 2002, 91, 3324. 44) M. Fujita, T. Ueno, T. Asano, S. Noda, H. Ohhata, T. Tsuji, H. Nakada, N. Shimoji, Electron. Lett., 2003, 39, 1750. 45) 1977. 46) P. E. Burrows, Z. Shen, V. Bulobic D. M. McCarry, S. R. Forrest, J. A. Cronin, M.E. Tompson, J. Appl. Phys., 1996, 79, 7991. 47) H. Aziz, Z. D. Popovic, S. Xie, A. M. Hor, N. X. Hu, C. Tripp, G. Xu, Appl. Phys. Lett., 1998, 72, 756. 48) T. Ikeda, H. Murata, Y. Kinoshita, J. Shike, Y. Ikeda, M. Kitano, Chem. Phys. Lett., 2006, 426, 111. 14 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL Appendix EL M W A1-1 4 EL lm/w cd/a A1-1-1 int c L r f ext EL A1-2 A1-2-1 int r f A-2.1 N p N e A -1 I I e I h I e I h I r A-2.2 A-2.3 I A P W S m 2 m e C h J s Anode Organic layer Cathode A1-1-2 e A -1 EL Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 15
EL I r I 0 3 3 I = I h = I e I h = I e = 0 I = I h = I e = I r =1.0 I = I h > I e I h 0 I e = 0 I = I h = I e + I h I r = I e = I h - I h 10 12 cm -3 A-2.12 8 1 3 A-2.12 T S int 5 1 A-2.9A-2.14A-2.15 I = I e > I h I e 0 I h = 0 I = I e = I h + I e I r = I h = I e - I e I h 0, I e 0 A-2.7 1.0 r r eh TS 3:1 r S dir 0.25 - S int 0.40 f f 1 EL 1 f f f f K r =1 / T r T r K t EL K nr f Triplet-Triplet annihilation A-2.10A-2.11A-2.10 2 1 T* A-2.11 2 0 A-2.10 1 A-2.18 f = 1.0 K nr > K r f < 1.0 1.0 Alq 3 1 EL 100 16 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL A1-2-2 A -2 ext 3 A -2 Rf: Rb: θc: Ωc: d: EL c c c Ω Ω ext c 1.7 A-2.19 19A-2.21 17 m R f R b R f R b EL TE transverse electric modetm transverse magnetic mode 50 c R f R b R f 520 nm 0.014 R b / 0.90 m = 0.95 ext =18 EL 80 n >1.0 ext n org c 1-cos θ sin 2 θ /2 n org 1.0 A-2.21 A-2.21 c R f EL / R b m 0.05 1.0 0.2 ext 0.2 1.0 r 0.25 f 1.0 A1-3 EL E ext ext P in W/m 2 P em W/m 2 E int P em / P in V V J A/m 2 P in = J V 1 hc / h c P em hc / F P em A-3.1 F 0 P em L U A-3.1 E int A-3.2 int Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 17
EL N in N em N em / N in J / e - J / e J A/m 2 N in = J / e e int P W L cd/m 2 L cd/m 2 EL F y M lm/m 2 EL O R m 0 rad +d ds E p E p = P em / N em dsr EL I cdd dm lm A-3.2A-3.5 E int int A-3.6 M lm I 0 cd M lm E ext ext EL L 0 cd/m 2 M lm/m 2 A1-4 EL 0 π/2 = π/2 M lm/m 2 555 nm W lm K m 680 lm/w EL M lm/m 2 A-3.2 A-4.8A-4.9 F 0 A-3.2A-3.7A-4.10 E ext A-3.4A-3.8 A-4.10 ext A-4.11A-4.12 18 Tel:03-5796-7330 Fax:03-5796-7335 E-mail : sialjpts@sial.com
EL A-4.11A-4.12 m A-4.11A-4.12 0 CMY Cyan MagentaYellow 3 CMY 3 100 A-4.13 A-4.14 20 30 Appendix - 3 PL Alq 3 DCM DCM EL Appendix A3-1 2 RGB Red Green Blue 3 RGB 3 RGB 3 100 A -1 A3-2 CRT CIE CIE CIE Commission Internationale de l Eclairage 1931 3 RGB 3 RGB RGB 1 R G B 2 xy CIE1931 NTSC National Television Standards Committee 1953 CRT NTSC CRT R 0.67,0.33G 0.21,0.71B 0.14,0.08 W 0.310,0.316 NTSC A -2 CIE1931 Tel:03-5796-7340 Fax:03-5796-7345 E-mail : safcjp@sial.com 19
TM Aldrich TM TM 2-1 2-2 2-3 2-4 3 3-1 3-2 3-3 3-4 4-1 4-2 Vol. 4, No. 1 Controlled Synthesis & Properties Morphing Materials into Meaning Alternative Energy the way to go Generation and Storage Vol. 3, No. 4 URL http://www.sigma-aldrich.com/mscatalog-jp Material Matters sialjp@sial.com