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OLED in Displays effizienter machen

Mehr Licht mittels orientierter Farbstoffmoleküle

30. Mai 2016, 9:12 Uhr | Tobias D. Schmidt, Thomas Lampe, Wolfgang Brütting

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Filmwachstum bestimmt Orientierung

Glasartige molekulare Filme aus einer Komponente, die durch Vakuumverdampfung hergestellt werden, können optisch anisotrop, also doppelbrechend sein. (4)

Diese Anisotropie ist umso stärker, je größer die Anisotropie der Moleküle ist; für stäbchenförmige Moleküle ist sie besonders hoch. Das bedeutet, dass die aufgedampften Moleküle zwar innerhalb der Schichtebene regellos orientiert

sind, aber zur Schichtnormalen eine Vorzugsrichtung aufweisen. Für Anisotropie ist das Verhältnis von Substrattemperatur T_S zur Glastemperatur T_g des aufgedampften

Materials entscheidend. (5)

Während sich bei T_S = T_g Moleküle aufgrund der schnellen Reorientierungsdynamik isotrop orientieren, bilden sich bei T_S < 0,8 T_g vorzugsweise liegende Moleküle. Dabei ist die molekulare Dynamik an der Oberfläche des Films entscheidend, da sie um Größenordnungen schneller als im Volumenmaterial ist.

Die Erzeugung von Anisotropie lässt sich auf Wirt-Gast-Systeme von OLEDs übertragen. Allerdings unterscheiden sich rein organische, fluoreszente Farbstoffe und phosphoreszente, metallorganische Komplexverbindungen. Erstere haben in der Regel eine Molmasse, die kleiner ist als die der Matrixmoleküle, sodass die Glastemperatur der Matrix ihre Reorientierungsdynamik an der Oberfläche des aufwachsenden Films bestimmt. Für stäbchenförmige Farbstoffmoleküle (z. B. BDASBi und Cumarin-6) mit Übergangsdipolmoment parallel zur langen Molekülachse kann eine überwiegend horizontale Dipolorientierung erzielt werden. Das erhöht die Lichtauskopplung im OLED-Bauelement.

Phosphoreszente Emitter

Bei phosphoreszenten Iridiumkomplexen hängt die Dipolorientierung nicht vom Matrixmaterial ab. Vielmehr spielt die Symmetrie der Komplexe eine Rolle. Homoleptische Komplexe, mit der allgemeinen Form Ir(C+N)₃, (z. B. Ir(ppy)₃) sind in der Regel isotrop orientiert. Heteroleptische Komplexe der Form Ir(C+N)₂(acac) (z. B. Ir(ppy)2(acac)) weichen mit ca. 75 Prozent horizontaler Dipole deutlich von einer isotropen Verteilung ab. (3) Entscheidend ist, wie die Liganden des Ir-Komplexes an der Oberfläche des aufwachsenden Films mit der Umgebung wechselwirken. (8)

Es ist davon auszugehen, dass die C₂-Symmetrieachse der heteroleptischen Komplexe im gesamten Film senkrecht zur Filmoberfläche steht. Entscheidend für die Orientierung der Übergangsdipolmomente ist demzufolge deren relative Lage zur C₂-Achse des Moleküls. (9)