Spektroskopische Untersuchungen der Exzimerbildung in organischen Halbleitermaterialien

Titelangaben

Rudnick, Alexander:
Spektroskopische Untersuchungen der Exzimerbildung in organischen Halbleitermaterialien.
Bayreuth , 2018 . - VIII, 178 S.
( Dissertation, 2017 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT )

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Abstract

Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung, sowohl im akademischen Umfeld als auch in der Industrie. Aufgrund des immer besseren Verständnisses von Ladungsträgerinjektion, -migration und -rekombination wurden die Effizienzen von organischen Leuchtdioden in den letzten Jahren deutlich verbessert, sodass sie inzwischen eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Unterhaltungselektronik wie Smartphones und Fernsehern, genauso wie bei großflächigen, flexiblen Beleuchtungseinheiten spielen. Während es in Smartphones wichtig ist, ein möglichst großes Farbspektrum darstellen zu können, müssen Lampen auf OLED Basis effizient weißes Licht liefern. Beide Arten der Beleuchtung lassen sich durch die geschickte Kombination von roten, grünen und blauen organischen Leuchtdioden realisieren. Obwohl rote, grüne und blaue OLEDs bereits kommerziell erhältlich sind, wird nach wie vor intensiv an geeigneten Kombinationen aus Emitter- und Matrixmaterial, insbesondere für blaue organische Leuchtdioden geforscht, da diese bis jetzt noch geringere Lebensdauern als rote und grüne OLEDs aufweisen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem hohen Triplettniveau des Wirtsmaterials, das noch höher sein muss als das des blauen Emitters. Neben zu tief liegenden Energieniveaus wirken sich Exzimere und Aggregate, die das Matrixmaterial bilden kann, negativ auf die Effizienz einer OLED aus. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Teilbereiche, wobei in jedem Teilbereich die Untersuchung von exzimer- beziehungsweise aggregatbildenden Molekülen im Fokus steht. Die zeit- und temperaturabhängigen spektroskopischen Untersuchungen werden durch (TD-)DFT Rechnungen unterstützt. Der Fokus dieser Arbeit richtet sich auf exzimerbildende Verbindungen. Dabei wird ein weites Spektrum an Verbindungen untersucht. Neben uni- und bipolaren carbazol- und triphenylaminbasierten Matrixmaterialien, in denen die Exzimerbildung von der Geometrie des Moleküls im angeregten Zustand abhängt, erstreckt sich der Kontext dieser Arbeit auch über kleine thiophen- und pyrrolbasierte Moleküle. Der Anteil an gebildeten Exzimeren hängt in diesen Molekülen vom Verhältnis aus Stickstoff und Schwefel und deren molekularer Anordnung ab. Des Weiteren decken die Ergebnisse dieser Arbeit Polymere auf Pyrenbasis ab, welche im Gegensatz zu den bis dahin untersuchten Verbindungen keine Heteroatome enthalten. In allen hier untersuchten Materialklassen konnten die Mechanismen und strukturellen Eigenschaften, die zur Bildung von Exzimeren führen, identifiziert werden.

Abstract in weiterer Sprache

Organic light emitting devices (OLEDs) are subject of intense research and development not only in an academic context but also in industrial environment. Due to the increasing understanding of charge carrier injection, migration and recombination, OLED efficiencies have been strongly enhanced in the last years so that OLEDs play a central role in the fabrication of entertainment electronics like smartphones and TVs as well as for large area flexible lighting. While it is very important to have a wide colour spectrum in smartphone displays, lamps based on OLED architecture must provide efficient white light. Both sorts of lightning can be achieved by the intelligent combination of red, green and blue organic light emitting devices. Although red, green and blue OLEDs are already commercially available there is still an ongoing intense research on sufficient combinations of host and emitter especially for blue organic LEDs. This is because they still do not have the same lifetime as red and green ones have. The main focus is on the high triplet level of the host that must exceed the triplet level of the blue emitter. Besides too low lying energy levels, excimers and aggregates of the matrix material have a negative effect on the efficiency of the OLED. This dissertation consists of three parts that focus on the investigation of excimer or aggregate forming molecules. Time and temperature dependent optical spectroscopy is further supported by (TD-)DFT calculations. The focus of this thesis is on excimer forming molecules. Therefore, a wide spectrum of compounds is investigated. Besides uni- and bipolar carbazole and triphenylamine based matrix materials where the tendency to form excimers depends on the geometry of the molecules in the excited state, the context of this work also involves small thiophene and pyrrole containing molecules. In these compounds the tendency to form excimers depends on the molecular arrangement and ratio of nitrogen and sulfur. Furthermore, this work features results on polymers based on pyrene which do not contain any heteroatoms in contrast to the other investigated compounds. In all investigated materials the mechanisms and structural causes leading to the formation of excimers have been identified.