title: Spectroscopic and lasing characterization of electroluminescent organic materials
Creators: name: Bansal, Ashu Kumar
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2008
Subjects: subject: Organischer Stoff , Elektrolumineszenz , Absorptionsspektroskopie , Organische Elektrolumineszente Materialien , Absorptions- und Emissionsspektroskopie , reine dünne Filme , electroluminescent organic materials , absorption-emission spectroscopy , neat films , amplified spontaneous emission , saturable absorption
subject: 530 Physik

description: Some electroluminescent molecules are investigated by optical spectroscopy. Their lasing ability is studied in liquid solutions using a low�Q laser oscillator arrangement. In neat films wave-guided amplification of spontaneous emission is investigated. Some studies concerning the distributed feedback laser action of neat films on corrugated gratings are made. The investigated materials are the triphenylamine molecule TPA, the triphenylamine starbust molecule m-MTDAB, the triphenylamine dimer TPB, the napthyl-diphenylamine dimer beta-NPD, the oligomer dicarbazovinylene-MEH-benzene 2CzV-MEH-B, and the phenylene-bipyridine polymer PPBpy. The molecule triphenylamine (TPA) in tetrahydrofuran (THF) and the starburst triphenylamine oligomer 1,3,5-tris(3-methylphenylphenylamino)benzene (m-MTDAB) in THF and as neat film are characterized. The fluorescence decay is studied by picosecond laser excitation and time-resolved signal detection. Reverse saturable absorption is observed in picosecond laser nonlinear transmission measurements (laser duration 35 ps, laser wavelength 347.15 nm). The lasing ability of the compounds is tested by picosecond laser transverse pumped amplification or attenuation of spontaneous emission. The excited-state absorption cross-section spectra of the samples in the fluorescence spectral regions are extracted from the amplification/attenuation of spontaneous emission. Weak amplification of spontaneous emission is observed for m-MTDAB in THF around the fluorescence maximum (370 to 405 nm). For TPA in THF and m-MTDAB neat film attenuation of spontaneous emission occurs over the whole fluorescence region (excited-state absorption stronger than stimulated emission). The molecules N,N,N�,N�-tetraphenylbenzidine (TPB, triphenylamine dimer TAD) and N,N�-bis(2-naphtalenyl)-N,N�-bis(phenylbenzidine) (beta-NPB, naphtyl-diphenylamine dimer beta-NPD) dissolved in tetrahydrofuran (THF) and as neat films are studied. The excited-state absorption at the pump laser wavelength is determined by saturable absorption measurement. Low-Q laser oscillation of TPB in THF is achieved by transverse pumping the solution in a cell. The excited-state absorption of TPB in THF at the laser wavelength is extracted from the laser threshold. In TPB neat films wave-guided travelling-wave lasing is achieved. No laser action is obtained for -NPB because of very small S1-S0 stimulated emission strength, and the presence of the excited-state absorption in the fluorescence wavelength region. The oligomeric molecule 1,4-bis(9-ethyl-3carbazovinylene)-2-methoxy-5-(2�-ethyl-hexyloxy)-benzene (abbreviated 2CzV-MEH-B) dissolved in tetrahydrofuran (THF) and as neat film is investigated upon its optical spectroscopic properties and its lasing properties. Again the excited-state absorption at the pump-laser wavelength is determined by saturable absorption measurements. Laser oscillation of the dye in THF in a rectangular cell is achieved by transverse pumping. From the emission behaviour around laser threshold the excited-state absorption cross-section spectrum in the laser active spectral region of the material is extracted. The wave-guided travelling-wave lasing behaviour of the emitter as neat film is studied by analysis of the amplification of the transverse pumped spontaneous emission. Surface emitting distributed-feedback lasing is achieved with a neat film on corrugated second-order periodic gratings. The luminescent polymer, poly[2,2�-bipyridine-5,5�-diyl-(2,5-dihexyl-1,4-phenylene)] (abbreviated PPBpy) dissolved in tetrachloroethane (TCE) and as neat film is characterized optically by absorption, emission spectroscopy and saturable absorption measurements. Low-Q laser oscillation of the polymer in TCE is achieved and used to determine the effective stimulated emission cross-section at the lasing wavelength. Travelling-wave lasing of a neat film of the polymer is achieved. Surface-emitting distributed-feedback lasing is obtained with a neat film on corrugated second-order periodic gratings. The investigated electroluminescent molecules are applied in organic light emitting devices (OLEDs). The investigated polymer is a potential candidate for polymer light emitting devices. For their application in light emitting devices a high quantum yield of electroluminescence is sufficient. But for the application of the electroluminescent materials in laser devices it is indispensible that the stimulated emission cross-section is higher than the excited state absorption cross-section. Good OLED performance of an electroluminescent material is a precondition for good organic lasers, but in each case the effective stimulated emission cross-section (stimulated emission cross-section�excited state absorption cross-section) has to be determined to get information about its lasing ability as is done in this work. The oligomeric emitter 2CzV-MEH-B, the triphenylamine dimer TPB, and the phenylene-bipyridine polymer PPBpy turned out to be good organic active media for laser action in the violet and blue spectral region.
description: Einige elektrolumineszente Moleküle werden mit optischer Spektroskopie untersucht. Ihre Laserfähigkeit wird in flüssiger Lösung mit einer Laseroszillatoranordnung niedriger Güte studiert. In reinen dünnen Filmen wird wellenleitergeführte verstärkte spontane Emission untersucht. Lasertätigkeit durch verteilte Rückkopplung wird bei einigen dünnen Filmen auf korrugierten Gittern realisiert. Bei den untersuchten Molekülen handelt es sich um Triphenylamin (TPA), das Triphenylamin-Starburst Molekül m-MTDAB, Triphenylamin-Dimer TPB, Napthyl-Diphenylamin Dimer beta-NPD, das Oligomer Dicarbazovinylene-MEH-Benzol �CzV-MEH-B und das Phenylene-Bipyridin Polymer PPBpy. Triphenylamin (TPA) in Tetrahydrofuran (THF) und das Triphenylamin-Starburst Oligomer 1,3,5-Tris(3-methylphenylphenylamino)Benzol (m-MTDAB,) sowohl in THF als auch als reiner Film, wurden charakterisiert. Die Fluoreszenzabklingung wurde mittels Pikosekundenlaseranregung und zeitaufgelöster Signaldetektion untersucht. Inverse sättigbare Absorption wurde gefunden bei nichtlinearen Transmissionsmessungen mit Pikosekundenlichtimpulsen (Pulsdauer 35 ps, Laserwellenlänge 347.15 nm). Die Laserfähigkeit der Verbindungen wurde durch transversale Piksekundenlaser-Anregung und Messung der Verstärkung oder Abschwächung der spontanen Emission getestet. Die Absorptionswirkungsquerschnittsspektren ausgehend vom ersten angeregten Zustand im Fluoreszenzgebiet der Substanzen wurden aus der Größe der Verstärkung beziehungsweise Abschwächung der spontanen Emission errechnet. Eine schwache Verstärkung der spontanen Emission wurde für m-MTDAB in THF im Bereich des Fluoreszenzmaximums (370 nm bis 405 nm) gefunden. Für TPA in THF und für m-MTDAB Filme trat nur Abschwächung der spontanen Emission über den ganzen Fluoreszenzspektralbereich auf (Angeregte Zustandsabsorption ist größer als stimulierte Emission). Die Moleküle N,N,N�,N�-Tetraphenylbenzidin (TPB, Triphenylamin Dimer TAD) und N,N�-Bis(2-Naphtalenyl)-N,N�-Bis(Phenylbenzidin) (beta-NPB, Naphtyl-Diphenylamin Dimer beta-NPD) in THF und als reine Filme wurden studiert. Die angeregte Zustandsabsorption bei der Pumplaserwellenlänge (347.15 nm) wurde durch sättigbare Absorptionsmessungen bestimmt. Laseroszillation in einen Resonator niedriger Güte wurde für TPB in THF erhalten bei transversalem Pumpen der Lösung in einer Farbstofflaserküvette. Die angeregte Zustandsabsorption von TPB in THF bei der Laserwellenlänge von TPB wurde aus der Laserschwelle errechnet. Bei TPB dünnen Filmen wurde wellenleitergeführte Wanderwellenlasertätigkeit erzielt. Für beta-NPB konnte keine Lasertätigkeit erreicht werden, wegen der sehr kleinen S1-S0 stimulierten Emissionsstärke und der vorhandenen angeregten Zustandsabsorption im Fluoreszenzwellenlängenbereich. Das oligomere Molekül 1,4-Bis(9-Ethyl-3-Carbazovinylene)-2-Methoxy-5-(2�-Ethyl-Hexyloxy)-Benzol (abgekürzt) in THF und als reiner Film wurde bezüglich seiner optischen spektroskopischen Eigenschaften und seiner Lasereigenschaften untersucht. Die angeregte Zustandsabsorption bei der Pumplaserwellenlänge wurde wieder durch sättigbare Absorptionsmessungen bestimmt. Laseroszillation des Farbstoffs in THF wurde durch transversales Pumpen einer rechteckigen Farbstofflaserzelle erreicht. Aus den Emissionsverhalten um die Laserschwelle wurde das angeregte Zustands Absorptionswirkungsquerschnittsspektrum im laseraktiven Spektralbereich des Materials ermittelt. Das wellenleitergeführte Wanderwellenlaserverhalten von 2CzV-MEH-B dünnen Filmen wurde durch Analyse der transversal gepumpten verstärkten Emission untersucht. Oberflächen Emission Lasertätigkeit durch verteilte Rückkopplung wurde erreicht durch transversales Pumpen reiner dünner Filme auf korrugierten periodischen Gittern und Betriebsweise in zweiter Ordnung. Das lumineszente Polymer Poly[2,2�-Bipyridin-5,5�-diyl-(2,5-dihexyl-1,4-phenylene)] (abgekürzt PPBpy) in Tetrachlormethan (TCE) und als reiner Film wurde durch Absorptions- und Emissionsspektroskopie sowie sättigbare Absorptionsmessungen charakterisiert. Lasertätigkeit des Polymers in TCE wurde in einer Farbstofflaserzelle niedriger Resonatorgüte erzielt und benutzt, um den effektiven stimulierten Emissionswirkungsquerschnitt bei der Laserwellenlänge zu bestimmen. Wanderwellenlasertätigkeit wurde bei dünnen Filmen des Polymers erreicht. Oberflächenemittierende verteilte Rückkopplungslasertätigkeit wurde erzielt mit dünnen Filmen auf korrugierten periodischen Gittern zweiter Ordnung. Die untersuchten elektrolumineszenten Moleküle werden in organischen Licht emittierenden Dioden (OLEDs) verwendet. Das untersuchte Polymer ist ein potentieller Kandidat für Licht emittierende Elementen. Für die Anwendung luminezenter Stoffe in Licht emittierenden Elementen ist eine hohe Quantenausbeute der Elektrolumineszenz ausreichend. Aber für Anwendung der elektrolumineszenten Materialien in Lasern ist es unerlässlich, dass der stimulierte Emissionswirkungsquerschnitt größer ist als der angeregte Zustandsabsorptionswirkungsquerschnitt. Gute OLED Eignung eines elektrolumineszenten Materials ist eine Vorbedingung für eine gute Lasertätigkeit, aber in jedem Fall muss der effektive stimulierte Emissionswirkungsquerschnitt (gleich stimulierter Emissionswirkungsquerschnitt � angeregter Zustandsabsorptionswirkungsquerschnitt) bestimmt werden, um Aussagen über die Lasereignung zu bekommen, wie es in dieser Arbeit vorgenommen wurde. Der olgomere Emitter 2CzV-MEH-B, das Triphenylamin Dimer TPB und das Phenylen-Bipyridin Polymer PPBpy stellten sich als gute organische aktive Medien für Lasertätigkeit im violetten und blauen Spektralbereich heraus.