Kombinatorische Untersuchung und Optimierung von organischen Multischichtleuchtdioden

Combinatorial investigation and optimization of organic multilayer light emitting diodes

Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Weiterentwicklung und Verbesserung der an diesem Lehrstuhl vorhandenen Aufdampfanlage zur Herstellung von komplex aufgebauten Multischichtleuchtdioden. Um eine verbesserte Kontrolle der Schichtdicken und der Aufdampfrate zu ermöglichen wurden im Rahmen der Doktorarbeit in der Aufdampfkammer drei widerstandsgeheizte Quellen durch drei Effusionsquellen ersetzt. An diese drei Effusionsquellen wurden zusätzliche Sensoren, zur Bestimmung der Aufdampfrate und Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Weiterentwicklung und Verbesserung der an diesem Lehrstuhl vorhandenen Aufdampfanlage zur Herstellung von komplex aufgebauten Multischichtleuchtdioden. Um eine verbesserte Kontrolle der Schichtdicken und der Aufdampfrate zu ermöglichen wurden im Rahmen der Doktorarbeit in der Aufdampfkammer drei widerstandsgeheizte Quellen durch drei Effusionsquellen ersetzt. An diese drei Effusionsquellen wurden zusätzliche Sensoren, zur Bestimmung der Aufdampfrate und Schichtdicke, angebracht. Um den Gradienten in der Schichtdicke, der, abhängig von der Quellenposition, während des Aufdampfprozesses entsteht, zu reduzieren, wurde der vorhandene feststehende Maskenschlitten durch einen Drehteller mit Maskeneinheit ersetzt. Dieser Drehteller rotiert während des Aufdampfprozesses über den Quellen. Er bietet alle kombinatorischen Möglichkeiten des Maskenschlittens zur Sektoren- und Gradientenerzeugung. Mit dem Drehteller konnte der gerätebedingte Gradient der aufgedampften Schichten auf bis unter 7 % reduziert werden. Ein weiteres Ziel, die Leuchtdioden vor Luftsauerstoff und Feuchtigkeit zu schützen und damit die Lebensdauer zu erhöhen, wurde verwirklicht durch den Anbau einer Inertgaskammer an die Aufdampfanlage, in der fertig gestellte Leuchtdioden verkapselt werden können. Schließlich wurde, für eine schnelle Charakterisierung kombinatorischer Sektorenbibliotheken, eine neue Apparatur, der FLASHScan® 530, in Betrieb genommen. Mit diesem Gerät ist es möglich sowohl Absorptions- als auch Lumineszenzspektren von kombinatorischen Sektorenbibliotheken schnell und effizient durchzuführen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass es mit der weiterentwickelten Aufdampfanlage möglich ist effektiv organische Leuchtdioden herzustellen und, insbesondere, dass mittels neu entwickelter kombinatorischer Sektorenbibliotheken in einem Versuch verschiedene Parameter, wie z.B. Schichtabfolge, variiert und die Sektoren miteinander verglichen werden können. Neben der Weiterentwicklung der Aufdampfanlage lagen weitere Schwerpunkte auf der Untersuchung und Optimierung von grün, rot und blau emittierenden Substanzen in organischen Leuchtdioden.show moreshow less
One emphasis of this work was on the advancement and improvement of the evaporation chamber present in this department to create complex multi layer devices. In order to obtain a better control of the evaporation process, three resistance heaters were replaced by effusion cells, which allow better control than the resistance heaters. Additionally, three new sensors, which allow the tracking of the evaporation rate and the evaporated layer thickness, were connected to these effusion cells. In ordOne emphasis of this work was on the advancement and improvement of the evaporation chamber present in this department to create complex multi layer devices. In order to obtain a better control of the evaporation process, three resistance heaters were replaced by effusion cells, which allow better control than the resistance heaters. Additionally, three new sensors, which allow the tracking of the evaporation rate and the evaporated layer thickness, were connected to these effusion cells. In order to reduce the layer thickness distribution of a layer which is evaporated on the whole substrate area (76 x 76 mm2) the fixed mask sledge was replaced by a rotating setup with a mask unit that rotates above the sources during the evaporation process. The rotating setup offers all combinatorial possibilities for creating sectors and layer thickness gradients of the mask sledge. The internal gradient caused by source assembly was significantly reduced below 7 %. Another aim was the extension of the lifetime of the fabricated organic light emitting diodes (OLEDs) by protecting them from oxygen and air moisture. This was realized by attaching an inert gas chamber to the evaporation chamber, which can be flooded with inert gas and in which the ready made organic light emitting diodes can be encapsulated. For the characterization of the combinatorial libraries, new equipment (FLASHScan® 530) was acquired. With this instrument it is possible to measure both absorption and luminescence of a combinatorial library very quickly. In this work it was demonstrated that with the improved combinatorial setup, it is possible to evaporate organic light-emitting diodes very effectively and develop new complex combinatorial libraries. With them it is possible to vary selective different parameters (e.g. layer composition) and compare these different sectors directly with each other. Other major subjects of this work included the investigation of the characteristics of different green, red and blue emitting materials in organic light emitting devices. In the first experiments with organic light-emitting diodes that were evaporated with the combinatorial setup, the efficiency of green phosphorescence emitters was investigated. At the same time the possibilities of the combinatorial approach were used to build combinatorial libraries to vary and optimize the emitter concentration and layer thickness of a guest/matrix system. Regarding red fluorescent materials, different substances were investigated with the help of combinatorial libraries. The main focus of this research lied on the dependency of the guest/matrix ratio and the performance of the organic light-emitting diode. Finally, one blue emitter was investigated during this work. The combinatorial approach was used to determine an appropriate matrix material that fits the high LUMO value of the new blue emitter fac-iridium(III)tris(1,3-diphenylenebenzimidazole). In the search for an adequate matrix material several substances like 4,4´-bis(carbazole-9-yl)biphenylene, 4,4´-bis(2,2-diphenylenethenyl)-1,1´-biphenylene, N,N´-di(naphthalene-1-yl)-N,N´-diphenylbenzidine, N,N´-dicarbazolyl-3,5-phenylene and Diphenyldi(o-tolyl)silane were systematically checked with varying layer setup and defined guest/matrix ratios. As a conclusion, the combinatorial research in the field of organic light-emitting diodes quickly reveals a lot of information to study the complex correlation inside of an OLED setup, which is used for optimizing the efficiency of organic light-emitting diodes.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Chemie
Author: Markus Bäte
Advisor:Prof. Dr. Hans-Werner Schmidt
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:03.11.2006
Year of Completion:2006
SWD-Keyword:Aufdampfen; Kombinatorik; Lumineszenzdiode; OLED; PVD-Verfahren
Tag:Combinatoric; OLED; PVD
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
RVK - Regensburg Classification:VN 5070
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-2677
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):12.02.2007