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In Leuchtdioden wird Licht durch die Rekombination von injizierten Ladungsträgern erzeugt. Das kann einerseits in anorganischen Materialien geschehen. In diesem Fall ist es notwendig, hochgeordnete Kristallstrukturen herzustellen, die die Eigenschaften der Leuchtdioden bestimmen. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung von organischen Molekülen und Polymeren. Auf Grund der Vielseitigkeit der organischen Chemie können die Eigenschaften der verwendeten halbleitenden Polymere schon während der Synthese beeinflusst werden. Außerdem weisen auch diese Polymere die bekannte mechanische Flexibilität auf. Die Herstellung von flexiblen, großflächigen Beleuchtungsquellen und Anzeigelementen ist so möglich. Die erste Leuchtdiode mit einem halbleitenden Polymer als Emitter wurde 1990 hergestellt. Seither hat das Forschungsgebiet eine rasante Entwicklung genommen. Auch erste kommerzielle Produkte sind erhältlich. Im Zuge dieser Entwicklung wurde deutlich, dass die Eigenschaften von polymeren Leuchtdioden – beispielsweise Farbe und Effizienz – durch die Verwendung mehrerer Komponenten in der aktiven Schicht deutlich verbessert werden können. Gleichzeitig ergeben sich neue Herausforderungen durch die Wechselwirkungen der verschiedenen Filmbestandteile. Während die Komponenten oft entweder zur Verbesserung des Ladungstransportes oder zur Beeinflussung der Emission zugegeben werden, muss darauf geachtet werden, dass die anderen Prozesse nicht negativ beeinflusst werden. In dieser Arbeit werden einige dieser Wechselwirkungen untersucht und mit einfachen physikalischen Modellen erklärt. So werden zunächst blau emittierende Leuchtdioden auf der Basis von Polyfluoren untersucht. Dieses Material ist zwar ein sehr effizienter blauer Emitter, jedoch ist es anfällig für chemische Defekte, diese sich nicht vollständig verhindern lassen. Die Defekte bilden Fallenzustände für Elektronen, ihr Einfluss lässt sich durch die Zugabe von Lochfallen unterdrücken. Der zugrunde liegende Prozess, die Beeinflussung der Ladungsträgerbalance, wird erklärt. Im Folgenden werden Mischsystemen mit dendronisierten Emittern, die gleichzeitig eine Falle für Elektronen bilden, untersucht. Hier wird die unterschiedliche Wirkung der isolierenden Hülle auf die Ladungs- und Energieübertragung zwischen Matrix und Farbstoffkern der Dendrimere untersucht. In Mischsystemen haben die Natur der angeregten Zustände sowie die Art und Weise des Ladungsträgertransportes einen großen Einfluss auf diese Transferprozesse. Außerden hat auch hier die Ladungsträgerbalance Auswirkungen auf die Emission. Um den Ladungsträgereinfang in Fallenzuständen zu charakterisieren, wird eine Methode auf Grundlage der Messung des zeitaufgelösten Photostroms in organischen Mischfilmen weiterentwickelt. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Übertragung der für geordnete Systeme entwickelten Modelle des Ladungsträgertransportes nicht ohne weiteres auf Polymersysteme mit hoher Unordnung übertragen werden können. Abschließend werden zeitaufgelöste Messungen der Phosphoreszenz in entsprechenden Mischungen aus Polymeren und organometallischen Verbindungen vorgestellt. Auch diese Systeme enthalten üblicherweise weitere Komponenten, die den Ladungstransport verbessern. In diesen Filmen kann es zu einer Übertragung der Tripletts vom Emitter auf die weiteren Filmbestandteile kommen. Bei Kenntnis der in Frage kommenden Wechselwirkungen können die unerwünschten Prozesse vermieden werden.
We investigated the spectral properties of light-emitting diodes based on a deep blue-emitting pyrazoloquinoline dye doped into a poly(N-vinylcarbazole)-based matrix. Even though the electroluminescence (EL) of the host is redshifted and broadened with respect to the emission of the dye, the EL spectrum becomes fully dominated by the dye emission at concentrations of ca. 2 wt %. This is attributed to a competition of exciplex formation on the matrix and exciton formation on the dye.
We report that the performances of blue polymer electrophosphorescent devices are crucially depending on the choice of the electron transporting material incorporated into the emissive layer. Devices with 1,3-bis[(4-tert- butylphenyl)-1,3,4-oxidiazolyl]phenylene (OXD-7) doped at similar to 40 wt% into a poly(vinylcarbazole) matrix exhibited significantly higher efficiencies than those with 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), yielding maximum luminous and power efficiency values of 18.2 Cd/A and 8.8 lm/W, respectively. Time resolved photoluminescence measurements revealed a long lifetime phosphorescence component in layers with PBD, which we assign to significant triplet harvesting by this electron-transporting component. (c) 2006 American Institute of Physics
It is shown that several polymers can form insoluble interfacial layers on a poly (ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) layer after annealing of the double-layer structure. The thickness of the interlayer is dependent on the characteristics of the underlying PEDOT.PSS and the molecular weight of the polymers. It is further shown that the electronic structures of the interlayer polymers have a significant effect on the properties of red-light-emitting polymer-based electrophosphorescent devices. Upon increasing the highest occupied molecular orbital and lowest unoccupied molecular orbital positions, a significant increase in current density and device efficiency is observed. This is attributed to efficient blocking of electrons in combination with direct injection of holes from the interlayer to the phosphorescent dye. Upon proper choice of the interlayer polymer, efficient red, polymer-based electrophosphorescent devices with a peak luminance efficiency of 5.5 cd A(-1) (external quantum efficiency = 6 %) and a maximum power-conversion efficiency of 5 Im W-1 can be realized.