Molecular Orientation and Emission Characteristics of Ir Complexes and Exciplex in Organic Thin Films

این پایان‌نامه جهت‌گیری مولکولی را در لایه‌های نازک در نظر می‌گیرد و یک مدل نوری را معرفی می‌کند که این جهت‌گیری را برای دیودهای ساطع نور آلی (OLED) توصیف می‌کند. همچنین ساختار الکترونیکی اکسیتون‌های انتقال بار بین مولکولی مرتبط با جهت‌گیری مولکولی در جامدات را توصیف می‌کند.

از مدت‌ها قبل شناخته شده بود که جهت‌گیری مولکولی بر خواص الکتریکی و نوری فیلم‌های مولکولی تأثیر می‌گذارد. یک مثال قابل توجه در کریستال های مایع است که معمولاً از مولکول های میله ای یا دیسکی شکل صلب استفاده می شود. درک منشاء جهت گیری مولکولی و کنترل آن توسط عملیات سطحی و میدان الکتریکی منجر به توسعه نمایشگرهای کریستال مایع شد. در الکترونیک آلی نیز همین اتفاق افتاده است و تلاش قابل توجهی برای درک و کنترل جهت گیری مولکولی در فیلم های جامد برای بهبود تحرک حامل بار و جذب نور و در نهایت برای بهبود عملکرد سلول های خورشیدی آلی و ترانزیستورهای لایه نازک انجام شده است.

در مقابل، توجه کمتری به جهت گیری مولکولی و تأثیر آن بر ویژگی های OLED شده است، احتمالاً به دلیل استفاده از فیلم های آمورف به جای فیلم های میکرو کریستالی، و تنها در سال های اخیر است که برخی از فیلم های مولکولی دارای جهت گیری ترجیحی هستند. این پایان نامه به این موضوع می پردازد، با تمرکز بر OLED ها، توصیف منشاء و کنترل جهت کمپلکس های فسفری Ir که دارای شکل کروی هستند به جای میله یا دیسک، شبیه سازی ویژگی های نوری OLED ها تحت تاثیر جهت گیری مولکولی ترجیحی، و در نهایت جهت گیری اکسیتون های انتقال بار بین مولکولی و ارتباط آن با ساختارهای الکترونیکی در لایه های نازک.

This thesis considers molecular orientation in thin films and introduces an optical model describing this orientation as applied to organic light-emitting diodes (OLEDs). It also describes the electronic structure of intermolecular charge transfer excitons correlated to molecular orientation in solids.

It has long been known that molecular orientation influences the electrical and optical properties of molecular films. One notable example is in liquid crystals where rigid rod or disk shaped molecules are commonly used. Understanding the origin of the molecular orientation and its control by surface treatment and electric field resulted in the development of liquid crystal displays. The same thing has happened in organic electronics, and considerable effort has been devoted to understanding and controlling molecular orientation in solid films to improve charge carrier mobility and light absorption, ultimately to improve the performance of organic solar cells and thin film transistors.

In contrast, less attention has been paid to molecular orientation and its influence on the characteristics of OLEDs, probably because of the use of amorphous films rather than micro-crystalline films, and it is only in recent years that some molecular films are known to have preferred orientation. This thesis addresses this topic, focusing on OLEDs, describing the origin and control of the orientation of phosphorescent Ir complexes possessing spherical shape rather than rod or disk shape, the simulation of the optical characteristics of OLEDs influenced by preferred molecular orientation, and finally the orientation of intermolecular charge transfer excitons and its correlation to electronic structures in thin films.