Neue Triazol- und Triazin-basierte Matrixmaterialien für blaue organische Leuchtdioden

Titelangaben

Wagner, Daniel:
Neue Triazol- und Triazin-basierte Matrixmaterialien für blaue organische Leuchtdioden.
Bayreuth , 2014 . - 195 S.
( Dissertation, 2014 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT )

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Abstract

Organische Leuchtdioden (OLEDs) haben schon in einigen Anwendungen wie Displays für Smartphones und Fernseher Einzug in den Alltag erhalten. Ein weiteres Ziel ist die Verwendung von OLEDs als effiziente Alternative zu herkömmlichen Beleuchtungsmitteln. Aufgrund ihrer Eigenschaft als Flächenstrahler ermöglichen sie zudem vollkommen neue Design-und Anwendungsmöglichkeiten. Weißes Licht in OLEDs wird häufig durch die Kombination von Emittern der drei Primärfarben rot, grün und blau erhalten. Etliche stabile Emitter-Matrix-Systeme sind für rot und grün bekannt, lediglich stabile blaue Emitter und dazu kompatible Matrixmaterialien sind rar und bilden einen Fokus der OLED-Materialforschung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von neuen niedermolekularen, bipolaren Matrixmaterialien auf der Basis von arylsubstituierten 1,2,4-Triazolen und 2,4-Bis(carbazol-9-yl)-1,3,5-triazinen. Diese Akzeptoreinheiten, auf denen der Elektronentransport in der Emissionsschicht stattfindet, sind über eine Brückeneinheit mit dem lochleitenden Carbazol verknüpft, um ein bipolares Matrixmaterial zu erhalten. Als Brückeneinheiten wurden Dibenzofuran und meta-verknüpfte Biphenyle eingesetzt, um die Konjugation zwischen dem Donor und dem Akzeptor zu unterbinden und damit hohe Triplettenergien zu ermöglichen. Diese hohen Triplettenergien von über 2,7 eV sind die grundlegende Voraussetzung, um als effizientes Matrixmaterial für einen blauen Phosphoreszenzemitter in OLEDs eingesetzt zu werden. Weitere wichtige Voraussetzungen an das Matrixmaterial wie eine hohe thermische Stabilität und die Ausbildung stabiler amorpher Filme wurden durch die thermischen Untersuchungen mittels TGA und DSC bestätigt. Zusätzlich wurden zur vollständigen Charakterisierung die spektroskopischen sowie die elektrochemischen Eigenschaften der Materialien eingehend untersucht. Die Triazinverbindungen BPTRZ und MBPTRZ wurden anschließend als Matrixmaterial für den blauen Phosphoreszenzemitter FIrpic in einer OLED getestet. Aufgrund der Anordnung der Energieniveaus verläuft der Elektronen- und Lochtransport innerhalb der Emissionsschicht hauptsächlich über die Matrixmaterialien. Die Exzitonen werden durch Rekombination der Ladungsträger auf den Hostmolekülen gebildet und übertragen ihre Energie wegen der höheren Triplettenergie der Matrix im Vergleich zum Emitter durch einen exothermen Energietransfer auf den Emitter. In einer OLED mit MBPTRZ als Hostmaterial konnte somit eine gute externe Quanteneffizienz von 7,0% und eine Lichtausbeute von 6,3 lm/W erzielt werden. Des Weiteren wurden die Triazinverbindungen auf das neue Konzept der thermisch aktivierten, verzögerten Fluoreszenz (TADF) untersucht. Hierbei können bei geeigneten Design der Moleküle durch thermische Anregung die Triplettzustände über Reversed Intersystem Crossing in die Singulettzustände angehoben werden, wodurch die Emission mittels Fluoreszenz erfolgen kann. Somit können theoretisch 100% der gebildeten Exzitonen statt 25% für herkömmliche Fluoreszenzemitter für die Lichtemission genutzt werden. Mit Verwendung der Triazinverbindung BPTRZ als Matrixmaterial für den grünen TADF-Emitter 4CzIPN konnte eine sehr gute externe Quanteneffizienz von 14,4% bei einer Leuchtdichte von 1000 cd/m2 und vielversprechende Lebensdauern der Dioden erhalten werden.

Abstract in weiterer Sprache

Today organic light-emitting diodes (OLEDs) have gained entry in several applications like displays for smartphones and TVs. Another goal is the use of OLEDs as efficient alternative for conventional lighting sources. As large areas emitters they enable completely new designs and applications. White light OLEDs are usually obtained by combination of emitters of the three primary colors red, green and blue. Several stable emitter-host-systems for red and green are known, however stable blue emitters and compatible host materials are still rare and therefore in the focus of materials research. This thesis deals with the synthesis and characterization of novel low molecular weight, bipolar host materials based on arylsubstituted 1,2,4-triazoles and 2,4-bis(carbazol-9-yl)-1,3,5-triazines. These acceptor units, on which the electron transport in the emitting layer takes place, are connected to a hole transporting carbazole via a bridging unit to gain a bipolar host material. The bridging units dibenzofuran and meta-linked biphenyls were used to suppress the conjugation between the donor and acceptor and therefore to enable high triplet energies. Such high triplet energies of over 2.7 eV are fundamental requirements for efficient host materials for blue phosphorescent emitters in OLEDs. Further important requirements like a high thermal stability and the formation of stable amorphous films were confirmed by thermal characterization via TGA and DSC. In addition the spectroscopic and electrochemical properties of the materials were extensively investigated. Afterwards the triazine compounds BPTRZ and MBPTRZ were tested as host material for the blue phosphorescence emitter FIrpic in an OLED. Because of the alignment of the energy levels the electron and hole transport in the emitting layer proceed mainly on the host material. By recombination of the charge carriers the excitons are formed on the host molecules and then transfer their energy onto the emitter by exothermic energy transfer, due to the higher triplet energy of the host compared to the emitter. In an OLED with MBPTRZ as host material a good external quantum efficiency of 7.0% and a power efficiency of 6.3 lm/W were reached. Furthermore the triazine compounds were investigated on the new concept of the thermally activated delayed fluorescence (TADF). Here by suitable design of the molecules the triplet states can be elevated through thermal activation via Reversed Intersystem Crossing in the singlet states, whereby emission through fluorescence is possible. Thus theoretically 100% of the generated excitons instead of 25% for conventional fluorescence emitter can be used for light generation. In an OLED with BPTRZ as host material for the green TADF-emitter 4CzIPN a high external quantum efficiency of 14.4% at a luminance of 1000 cd/m2 and a promising lifetime of the devices were reached.