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Identification and optimization of mixed light emitting layers in phosphorescent multilayer OLEDs

Faßl, Paul

German Title: Erkennung und Optimierung von gemischten Emitterschichten in phosphoreszierenden Multischicht-OLEDs

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Abstract

Phosphorescent OLEDs (PHOLEDs) based on organic small molecules offer a great potential for a variety of future applications. In terms of efficiency PHOLEDs can already compete with conventional light sources. However, PHOLEDs typically suffer from a steady decrease in efficiency at high current densities, known as efficiency roll-off. One of the reasons for this is the high probability for triplet-triplet quenching processes. On the one hand these processes happen due to the long lifetime of the triplet phosphors and on the other hand due to the high triplet density in the rather narrow recombination zone in common OLED heterostructures. One approach to minimize this roll-off is to introduce a mixed host structure in the light emitting layer. This is done by mixing one mostly hole-transporting material and one mostly electron-transporting material with each other.

In the first part of this thesis, the characteristics of PHOLEDs with a conventional heterostructure, a uniformly mixed host structure and a graded mixed host structure were studied in detail. PHOLEDs with a graded mixed structure showed an increased quantum efficiency, a reduced efficiency roll-off and a longer lifetime compared to them with conventional heterostructure. These effects are attributed to the broadening of the recombination zone and a better charge balance inside the light emitting layer.

Existing techniques for the detection of intermixing are very expensive and time consuming. In the second part of this thesis, it was tested whether impedance spectroscopy can be used as a suitable and cheap tool to measure the degree of intermixing between two layers. Measurements of the single materials were made to extract their characteristic parameters. Two fit functions were formulated and applied to measurements of devices with different degrees of intermixing. One of the fit functions was able to identify intermixing for all tested devices very well.

Translation of abstract (German)

Phosphoreszierende OLEDs (PHOLEDs) sind aus kleinen Molekülen aufgebaut und bergen großes Potenzial für eine Vielzahl zukünftiger Anwendungen. Die Effizienz von PHOLEDs kann mit der von konventionellen Leuchtmitteln schon konkurrieren. Allerdings zeigen PHOLEDs typischerweise einen stetigen Abfall ihrer Effizienz bei hohen Stromdichten, ein Effekt der als Effizienz-RollOff bekannt ist. Einer der Gründe dafür ist die hohe Wahrscheinlichkeit für Triplet-Triplet-Annihilationsprozesse. Diese Prozesse sind einerseits der langen Lebensdauer der phosphoreszierenden Farbstoffe und andererseits einer sehr hohen Triplet-Dichte in der meist sehr engen Rekombinationszone in typischen OLED Heterostrukturen geschuldet. Ein Ansatz um diesen Roll-Off zu minimieren ist die Einführung einer gemischten Emitterschicht. Hierbei werden zwei Materialen gemischt, in denen eines bevorzugt Löcher und das andere bevorzugt Elektronen transportiert.

Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Eigenschaften von PHOLEDs mit einer konventionellen Heterostruktur, einer einheitlich durchmischten Struktur und einer Struktur mit einem graduellen Übergang detailliert analysiert. PHOLEDs mit einer graduellen Struktur zeigten dabei im Vergleich zu denen mit einer konventienellen Heterostruktur eine erhöhte Quanteneffizienz, einen reduzierten Effizienz-RollOff und eine längere Lebensdauer. Diese Effekte werden einer verbreiterten Rekombinationszone und einem besseren Ladungsgleichgewicht in der Emitterschicht zugeschrieben.

Techniken um eine Durchmischung zweier Schichten zu detektieren sind sehr teuer und zeitaufwändig. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde geprüft, ob Impedanzspektroskopie sich als geeignetes und kostensparendes Verfahren zur Erkennung des Durschmischungsgrades zweier Schichten eignet. Es wurden Messungen einschichtiger Proben durchgeführt um die charakteristischen Parameter der Materialen zu bestimmen. Darauf aufbauend wurden zwei Fit-Funktionen formuliert und auf Messungen von Proben mit unterschiedlichem Durchmischungsgrad angewandt. Eine der Fit-Funktionen war in der Lage den Grad der Vermischung für alle untersuchten Strukturen sehr gut zu bestimmen.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Kowalsky, Prof. Dr. Wolfgang
Date of thesis defense: 30 September 2013
Date Deposited: 11 Apr 2014 09:44
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
540 Chemistry and allied sciences
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