Platin(II)- und Iridium(III)-Triplett-Emitter für OLED-Anwendungen - Detaillierte Charakterisierung ihrer Lumineszenzeigenschaften - University of Regensburg Publication Server

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-188568
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.18856

Fischer, Tobias

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Date of publication of this fulltext: 11 Jan 2012 07:03

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	11 January 2011
Referee:	Prof. Dr. Hartmut Yersin
Date of exam:	17 December 2010
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie > Chair of Chemistry III - Physical Chemistry (Molecular Spectroscopy and Photochemistry) > Prof. Dr. Hartmut Yersin
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	Optische Spektroskopie, OLED, Phosphoreszenz, Phosphoreszenzspektrum, Lumineszenz, Platinkomplexe, Iridiumkomplexe, Emitter, Nullfeldaufspaltung, ligandenzentriert, Abklingverhalten, Spin-Gitter-Relaxation, zero-field splitting, metal-to-ligand charge transfer, MLCT, LC, ligand-centered, spin-lattice-relaxation
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	18856

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Abstract (German)

Abstract (German)

Im Rahmen dieser Arbeit wurden potentielle Emittermaterialien für den Einsatz in organischen lichtemittierenden Dioden (organic light-emitting devices oder organic light-emitting diodes) auf Basis verzerrt quadratisch-planar koordinierter Pt(II)- und verzerrt oktaedrisch koordinierter Ir(III)-Komplexe eingehend charakterisiert. Bei den Verbindungen handelt es sich um eine Serie von Komplexen, deren gemeinsame Merkmale das dem chromophoren Liganden zugrunde liegende 2-(2-Thienyl)pyridin-Fragment (thpy) sowie der Hilfsligand (nicht-chromophorer Ligand) Acetylacetonat (acac) sind. Die Untersuchungen wurden dabei an folgenden Verbindungen durchgeführt: [Pt(2-(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(thpy)(acac)]), [Pt(5-phenyl-2-(2-thienyl)cyclopenteno[c]pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(L1)(acac)]), [Pt(5,2-bis(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(L2)(acac)]), [Ir(2-(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)2(acac)] ([Ir(thpy)2(acac)]) und [Ir(5-phenyl-2-(2-thienyl)cyclopenteno[c]pyridinato-N,C3’)2(acac)] ([Ir(L1)2(acac)]).
Die photophysikalische Charakterisierung des emittierenden Triplett-Zustands der Komplexe erfolgte mittels optischer Spektroskopie in Lösungen, in polymeren Matrizen bzw. in polykristallinen Shpol’skii- oder Shpol’skii-ähnlichen Matrizen. Dazu wurden Methoden wie die Messung von Absorptions-, Emissions- und Anregungsspektren, herangezogen. Emissionsspektren konnten sowohl zeitintegriert als auch zeitaufgelöst registriert werden. Aussagen über die Relaxationsdynamik des emittierenden Triplett-Zustands T1 wurden mittels zeitauflösender Emissionsspektroskopie und Emissionslebensdauermessungen getroffen. Darüber hinaus war es möglich die Temperatur (1.2 K ≤ T ≤ 300 K) und die magnetische Flussdichte (0 T ≤ B ≤ 10 T) zu variieren. Durch die Kombination dieser Methoden konnten wichtige Parameter wie beispielsweise die Lage des Emissionsmaximums bei Raumtemperatur, die Emissionsquantenausbeute, die Emissionslebensdauer, die energetische Lage der elektronischen 0-0-Übergänge der Triplett-Unterniveaus und die Nullfeldaufspaltung der Triplett-Unterniveaus der einzelnen Komplexe bestimmt werden. Sie stellen wichtige Größen dar, mit deren Hilfe eine erste Aussage über die Eignung eines Emitters für den Einsatz in effizienten OLEDs getroffen werden kann.
Mittels der oben aufgeführten Methoden der optischen Spektroskopie lies sich der emittierende T1-Zustand der drei cyclometallierten Pt(II)-Komplexe als überwiegend 3LC (ligand-centered) mit geringen 1,3MLCT (metal-to-ligand charge-transfer)-Beimischungen, im Falle von [Pt(thpy)(acac)], bzw. sehr geringen 1,3MLCT-Beimischungen, im Falle der beiden Komplexe [Pt(L1)(acac)] und [Pt(L2)(acac)], klassifizieren. Bei den beiden cyclometallierten Ir(III)-Komplexen [Ir(thpy)2(acac)] und [Ir(L1)2(acac)] wurde der emittierende T1-Zustand jeweils als 3LC mit signifikanten 1,3MLCT-Beimischungen klassifiziert. Im Falle der Komplexe [Pt(L1)(acac)] und [Pt(L2)(acac)] wurde weiterhin der Einfluss der jeweiligen Substituenten am 2-(2-Thienyl)pyridin-Fragment auf die elektronische Struktur des emittierenden Zustands untersucht und Vergleiche mit dem unsubstituierten Komplex [Pt(thpy)(acac)] gezogen. Bei den beiden Pt(II)/Ir(III)-Pärchen [Pt(thpy)(acac)]/[Ir(thpy)2(acac)] und [Pt(L1)(acac)]/[Ir(L1)2(acac)] wurde der Einfluss des Zentralmetalls und der Koordinationsgeometrie auf den emittierenden Triplett-Zustand in Hinblick auf die Stärke der Spin-Bahn-Kopplung untersucht.

Translation of the abstract (English)

In this thesis, potential emitter materials for use in OLEDs (organic light-emitting devices or organic light-emitting diodes) have been investigated in detail. In particular Pt(II)- and Ir(III) complexes are studied. The chromophoric ligands of these compounds are cyclometallating 2-(2-thienyl)pyridines (thpy) or substituted thpy ligands. Moreover, in all cases acetylacetonate (acac) spectator ligands are applied. The following compounds were investigated: [Pt(2-(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(thpy)(acac)]), [Pt(5-phenyl-2-(2-thienyl)cyclopenteno[c]pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(L1)(acac)]), [Pt(5,2-bis(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)(acac)] ([Pt(L2)(acac)]), [Ir(2-(2-thienyl)pyridinato-N,C3’)2(acac)] ([Ir(thpy)2(acac)]) and [Ir(5-phenyl-2-(2-thienyl)cyclopenteno[c]pyridinato-N,C3’)2(acac)] ([Ir(L1)2(acac)]).
The photophysical characterizations of the emitting triplet state T1 of the complexes were based on methods of optical spectroscopy in dilute solutions, in polymer matrices, and in polycrystalline Shpol’skii- or Shpol’skii-like matrices, respectively. Methods such as absorption, emission, and excitation spectroscopy were applied. Furthermore, the temperature (1.2 K ≤ T ≤ 300 K) and the magnetic field strength (0 T ≤ B ≤ 10 T) were varied and emission decay dynamics including investigations of time-resolved emission spectra were recorded. By combining these methods, it was possible to determine important parameters of all the investigated compounds like for example the energies of the electronic 0-0 transitions, the zero-field splitting of the T1 substates, and the decay dynamics including for example processes of spin-lattice relaxation. In addition, the emission quantum yield at ambient temperature was measured. These parameters represent important quantities which allow us to make first conclusions about the suitability of a emitter for application in efficient OLEDs.
By use of the above mentioned methods, it was possible to assign the emitting T1 state of the three cyclometallated Pt(II)-complexes as being predominantly of 3LC (ligand-centered) character with, in the case of [Pt(thpy)(acac)], small 1,3MLCT (metal-to-ligand charge-transfer) admixtures and, in the case of [Pt(L1)(acac)] and [Pt(L2)(acac)], with only very small 1,3MLCT admixtures. For the cyclometallated Ir(III)-complexes [Ir(thpy)2(acac)] and [Ir(L1)2(acac)] the T1 state could be classified as 3LC with significant 1,3MLCT admixtures. For the complexes [Pt(L1)(acac)] and [Pt(L2)(acac)], the influence of the substituents attached to the 2-(2-thienyl)pyridine-fragment on the electronic structure of the emitting triplet state has been investigated and comparisons with the unsubstitued complex [Pt(thpy)(acac)] have been carried out. For the [Pt(thpy)(acac)]/[Ir(thpy)2(acac)] and [Pt(L1)(acac)]/[Ir(L1)2(acac)] pairs the influence of the central metal ion and the influence of the coordination geometry on the emitting triplet state with regard to spin-orbit coupling have been studied.

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