Dopanti
Gli OLED tradizionali possono essere significativamente migliorati mediante il ricorso a dopanti che ne migliorino particolari caratteristiche quali l’efficienza, la luminescenza e la resistenza ad agenti esterni.
In questo senso, esistono varie categorie di dopanti a seconda della funzione loro richiesta e della zona che vanno ad occupare.
Soffermiamoci sui dopanti impiegati nei trasportatori di carica, HTL ed ETL:
  • ETL:
    Per abbassare il voltaggio di lavoro del dispositivo, si ricorre a dopanti di tipo n (n-type).
    Sono così chiamati perchè presentano una valenza maggiore rispetto al materiale ospitante a cui donano così elettroni aumentando il numero di trasportatori di carica (in questo caso negativa), per cui sono anche noti come materiali donatori.
    OLED particolarmente brillanti e luminosi sono ottenuti usando come ETL uno strato organico dopato di Litio con un rapporto tra Li e Alq3 vicino all’unità. Sperimentalmente è stato provato che la densità di corrente aumenta drasticamente con l’aumentare dello spessore della regione Alq3 dopata mantenendo costante l’estensione dello strato Alq3 [1].
    E’ importante notare che questo approccio non solo aumenta la conduttività dello strato dopato ma riduce anche la barriera all’iniezione degli elettroni all’interfaccia Alq3/Al (catodo).
    I principali materiali impiegati come dopanti di tipo n sono, oltre al Li, Ca, Na, K e Cs.
    In particolare è stata studiata la diffusione e gli effetti dell’incorporazione del Li in diversi mezzi organici [2]. Uno strato di Li metallico ottenuto per evaporazione termica è stato provato diffondere e conseguentemente dopare il sottile film organico sottostante per una profondità, per esempio, di circa 30 nm per l’Alq3 e 70 nm per il BCP (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-l,10-phenanthroline o, più semplicemente bathocuproine). Sebbene l’utilizzo di dopanti di tipo n sia in grado di aumentare la conduttività dei materiali organici dopati e ridurre così il voltaggio di utilizzo degli OLED, la concentrazione migliore di dopante e la migliore profondità di diffusione degli atomi di Li variano sostanzialmente con i materiali di interesse. Infine, la formazione di centri di spegnimento nello strato emettitore per la rapida diffusione del Li è il principale argomento di sviluppo degli OLED dopati al Li, a basso voltaggio di lavoro e ad alta stabilità operativa.

    E’ interessante un recente lavoro del 2005 condotto sul Cs [3].
    Il Cs è stato impiegato come dopante in un ETL a base di bis-OXD (4,40-bis(5-phenyl-[1,3,4]oxadiazol-2-yl)-2,20-dinaphthylbiphenyl) e si è attestato un aumento del tempo di vita del dispositivo. Ciò è stato spiegato ricorrendo a due osservazioni principali:

    • innanzi tutto il Cs è un elemento pesante e ha maggiori difficoltà a diffondere nella matrice organica;
    • inoltre, il materiale ospitante, il bis-OXD, presenta una Tg elevata, pari a 147 °C. La rugosità media dello strato è quindi ridotta per cui la corrente di perdita dei corrispondenti dispositivi è bassa.

    Infine, utilizzando un catodo in argento, è stato ottenuto un OLED con una riduzione di 2,59 V del voltaggio d’impiego, un aumento del 47,3% dell’efficienza di corrente e un aumento di 3,14 volte del tempo di vita rispetto allo stesso dispositivo non dopato.
  • Schema OLED

  • HTL:
    i dopanti tipicamente impiegati nel HTL sono di tipo p (p-type) e permettono un incremento della conduttività e dell’iniezione di buche all’interfaccia con l’ITO.
    Un esempio è fornito dal F4-TCNQ (tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane) che è stato studiato nel dopaggio, per co-sublimazione, ad un HTL a base di VOPc (vanadyl-phthalocyanine) [4]. La conduttività aumentò di diversi ordini di grandezza e misurazioni elettriche mostrarono uno spostamento del livello di Fermi verso lo stato di valenza via via che si aumentava il dopaggio, concorrendo così a migliorare le proprietà complessive dell’OLED.

Un ulteriore vasto campo di ricerca di particolare interesse in questi ultimi anni riguarda i dopanti emettitori in sistemi host-guest [5] .
Tale tipologia di struttura permette l’utilizzo di un materiale host ottimizzato nel trasporto delle cariche senza doversi interessare anche delle proprietà elettroluminescenti che saranno fornite dal dopante, il guest.
Si beneficia anche di una maggior stabilità operazionale per il trasferimento degli eccitoni dal host al più stabile ed efficiente guest, minimizzando così il rischio di decadimenti non radiativi [6].
Recentemente questo sistema è stato arricchito dall’impiego di materiali altamente fosforescenti che portano a rese interne pari a quasi il 100% [7].
Di seguito, discuteremo i principali sviluppi dei dopanti fluorescenti RGB (red-green-blu, le tre regioni del visibile in cui possono essere classificate le emissioni fluorescenti).

    RGB

    Blue Green Red


    Bibliografia:
  1. Nakamura H., Ikeda H., Kawamura H., Higashi H., Tokailin H., Fukuoka K., Hosokawa C., Kusumoto T., SID Int. Symp. Dig. Tec., (1999), 180
  2. Parthasarathy G., Shen C., Kahn A., Forrest S.R., J. Appl. Phys. (2001), 89, 4986
  3. Lee J.-H., Wu M.-H., Chao C.-C., Chen H.-L., Leung M.-K., Chem. Phys. Lett. (2005), 416, 234-237
  4. Blochwitz J., Pfeiffer M., Fritz T., Leo K., Appl. Phys. Lett. (1998), 73, 729
  5. Tang C.W., VanSlyke S.A., Chen C.H., J. Appl. Phys. (1989), 65, 3610
  6. Shi J., Tang C.W., Appl. Phys. Lett. (1997), 70, 1665
  7. Baldo M.A., Thompson M.E., Forrest S.R., Nature (2000), 403, 750