title: The OLED emitter Ir(btp)2(acac) - photophysical properties of the triplet state studied by highly-resolving spectroscopy
Creators: name: Finkenzeller, Walter J.
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2009
Subjects: subject: OLED , Optische Spektroskopie , Phosphoreszenz , Phosphoreszenzspektrum , Lumineszenz , Iridiumkomplexe , Emitter , Charge-transfer-Komplexe , Nullfeldaufspaltung , ligandenzentriert , Abklingverhalten , zero-field splitting , metal-to-ligand charge transfer , MLCT , LC , ligand-centered
subject: 540 Chemie

description: Organic light-emitting devices (OLEDs) are attractive for display technology and lighting and open up new possibilities for both. For many of the possible applications, however, the key requirement is a minimized power consumption. OLEDs with correspondingly high efficiencies are usually only obtained by using phosphorescent emitter materials. In this regard, organo-transition metal complexes have been dedicated a great deal of interest, since they can exhibit a phosphorescence with up 100% efficiency. Moreover, these complexes can be adapted to meet further requirements due to their chemical versatility concerning the central-metal ion and the choice of ligands. Especially iridium complexes seem to be exceedingly suited for OLEDs and, therefore, are usually the first choice for the fabrication or engineering of high efficiency devices. However, there is still a lack of emitter complexes for OLEDs. In particular blue and red emitter complexes still have to be enhanced with respect to their chemical stability and luminescence efficiency. This can possibly achieved by controlled chemical tuning of organo-transition metal complexes, if a detailed understanding of the emission behavior and its relation to chemical characteristics is obtained. Optical spectroscopy of organo-transition metal complexes can be a powerful means to gain such a detailed understanding. In the present report, the red complex Ir(btp)2(acac) (bis(2-(2'-benzothienyl)-pyridinato-N,C3)iridium(acetylacetonate)), a well-known representative of the group of iridium complexes, is investigated by use of site-selective excitation and emission spectroscopy mainly in a polycrystalline CH2Cl2 matrix at cryogenic temperatures. Measurements under variation of temperature and magnetic field strength as well as time resolved and emission decay time measurements were applied to characterize the emitting triplet state T1 of Ir(btp)2(acac). Based on the investigations and in the context of previous work in this field, a classification of the emitting triplet state T1 is accomplished and a criterion is presented to assess the potential of a complex to be a good OLED emitter. Moreover, as the matrices used for emitter complexes in OLEDs usually are amorphous, comparative investigations were carried out on thin films of Ir(btp)2(acac) in the polymers PVB (polyvinylbutyral), PVK (poly-N-vinylcarbazole), and PFO (poly(9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl)). Therefore, the technique of persistent spectral hole burning was applied and adapted to the class of discussed materials. The results are discussed with respect to the OLED performance of the complex. The report opens with two introductory chapters, the first of which presents an overview of the OLED technology. The second introduces fundamental properties of organo-transition metal complexes. This chapter also points out peculiarities of octahedral complexes which might be responsible for a superior OLED performance of these complexes.
description: Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in Flachbildschirmen und als Beleuchtung and eröffnen neue Möglichkeiten in beiden Bereichen. Eine Grundvorraussetzung für viele Anwendungen ist allerdings ein minimaler Energieverbrauch. OLEDs mit entsprechend hohen Effizienzen sind für gewöhnlich nur unter Verwendung von phosphoreszierenden Emittermaterialien realisierbar. Diesbezüglich sind metallorganische Komplexe von hohem Interesse, da diese Phosphoreszenz-Ausbeuten von bis zu 100% erreichen können. Außerdem lassen sich diese Komplexe aufgrund ihrer chemischen Variabilität bezüglich des Zentralatoms und der Wahl der Liganden chemisch anpassen, um noch weitere Anforderung zu erfüllen. Speziell Iridium Komplexe scheinen besonders für den Einsatz in OLEDs geeignet zu sein und sind deshalb oft die erste Wahl in der OLED-Forschung und -Entwicklung. Effiziente Emitter sind jedoch noch nicht in ausreichender Qualität verfügbar. Ein besonderer Bedarf besteht nach chemisch stabilen und effizienten blauen und roten Emittermaterialien. Eine gezielte Entwicklung und Optimierung solcher Materialien kann vermutlich nur gelingen, wenn das Emissionsverhalten von metallorganischen Komplexen, auch in Bezug auf chemische Eigenschaften, verstanden ist. Ein solches tieferes Verständnis der entsprechenden Komplexe läßt sich durch optische Spektroskopie erlangen. In dieser Arbeit, wir der rot emittierende Komplex Ir(btp)2(acac) (bis(2-(2'-benzothienyl)-pyridinato-N,C3)iridium(acetylacetonate)), ein verbreiteter Vertreter von Iridium Komplexen, mit Hilfe lagenselektiver Anregungs- u. Emissionsspektroskopie in einer polykristallinen CH2Cl2 Matrix bei tiefen Temperaturen untersucht. Sowohl Messungen unter Variation der Temperatur und unter Magnetfeld, als auch zeitaufgelöste Messungen und Lebensdauer-Messungen wurden durchgeführt, um den emittierenden Triplett Zustand T1 von Ir(btp)2(acac) zu charakterisieren. Aufgrund der Untersuchungen und auf der Basis vorangehender Arbeiten ließ sich der emittierende Triplett Zustand T1 klassifizieren. Weiterhin konnte ein Kriterium erarbeitet werden, anhand dessen sich die Eignung eines Komplexes als OLED Emitter einschätzen läßt. Da die in OLED verwendeten Matrixmaterialien typischerweise amorph sind, wurden zustätzlich vergleichende Untersuchungen an dünnen Schichten von Ir(btp)2(acac) in den Polymeren PVB (polyvinylbutyral), PVK (poly-N-vinylcarbazol) und PFO (poly(9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl)) durchgeführt. Dazu wurde die Technik des stabilen spektralen Lochbrennens angewandt und in Bezug auf metallorganische Komplexe angepaßt. Die erzielten Ergebnisse werden in Bezug auf die OLED-Eignung des Komplexes diskutiert. Die Arbeit beginnt mit zwei einführenden Kapiteln, von denen das Erste einen Überblick über die OLED Technologie gibt. Das Zweite führt grundlegende Eigenschaften von metallorganischen Komplexen ein und erläutert Besonderheiten von oktaedrischen Komplexen, die möglicherweise für die ausgezeichnete Eignung für OLEDs dieser Komplexe verantwortlich sind.