This work focusses on the advances of organic light-emitting diodes (OLEDs) for large area display and solid-state-lighting applications. OLED technology has matured over the past two decades, aided by the rapid advances in development of the novel material and device concepts. State-of-the-art OLEDs reach internal efficiencies of 100% and device lifetimes acceptable for commercial display applications. However, further improvements in the blue emitter stability and the device performance at the high brightness are essential for OLED technology to secure its place in the lighting market. As the current passing through the device increases, a rapid decrease in OLED efficiency, so-called efficiency roll-off, takes place, which hinders the use of OLEDs wherever high brightness is required. In addition, white OLEDs comprising multiple emitter molecules suffer from the emission colour change as the operating conditions are varied or as the devices age. Despite side-by-side structuring of the monochrome OLEDs could in principle circumvent most of bespoke issues, the limitations imposed by the shadow mask technique, employed to structure vacuum deposited films, renders such approach impractical for fabrication of the devices on a large scale. In order to address these issues, photolithographic patterning of OLEDs is implemented. Highly efficient state-of-the-art devices are successfully structured down to tens of micrometers with the aid of orthogonal lithographic processing. The latter is shown to be a promising alternative for the shadow mask method in order to fabricate the full-colour RGB displays and solid-state-lighting panels. Photo-patterned devices exhibit a virtually identical performance to their shadow mask counterparts on a large scale. The high performance is replicated in the microscale OLEDs by a careful selection of functional layer sequence based on the investigation of the morphological stability and solubility of vacuum deposited films. Microstructured OLEDs, fabricated in several different configurations, are investigated and compared to their large area counterparts in order to account for the observed differences in charge transport, heat management and exciton recombination in bespoke devices. The role of the Joule heat leading to the quenching of the emissive exciton states in working devices is discussed. Structuring the active OLED area down to 20 micrometer is shown to improve the thermal dissipation in such devices, thus enabling the suppression of the efficiency roll-off at high brightness in white-emitting electroluminescent devices based on side-by-side patterned OLEDs.:List of Publications 1 1 Introduction 5 2 Organic Semiconductors 9 2.1 Molecular Bonding 9 2.1.1 Intramolecular Interactions 10 2.1.2 Intermolecular Interactions 17 2.2 Optical Properties of Organic Semiconductors 23 2.2.1 Excited State Dynamics 26 2.3 Energy Transfer in Organic Solids 27 2.3.1 Förster Energy Transfer 29 2.3.2 Dexter Energy Transfer 30 2.4 Charge Transport Phenomena 31 2.4.1 Polarization and Energetic Disorder 31 2.4.2 Charge Transport Models 33 3 Electromagnetic Field Propagation in Layered Media 35 3.1 Maxwell's Equations 35 3.1.1 Wave Character of Electromagnetic Field 37 3.1.2 Energy of Electromagnetic Field 38 3.1.3 Boundary Conditions of Electromagnetic Fields 39 3.2 Reflection and Refraction of Plane Waves 40 3.2.1 Total Internal Reflection 43 3.3 Guided Optical Waves 44 3.3.1 Modes of Planar Waveguide 45 3.3.2 Multilayer Waveguides 49 3.3.3 Mode Coupling 53 3.4 EM Field in Presence of Charges 55 3.4.1 Volume Plasmons 58 3.4.2 Surface Plasmon Polaritons 58 3.4.3 Localized Plasmons 62 4 Organic Light-Emitting Diodes 65 4.1 Principle of Operation 65 4.1.1 Electroluminescence Efficiency 66 4.1.2 Charge Injection and Transport 66 4.1.3 Radiative Efficiency 68 4.1.4 Excited State Formation 69 4.1.5 Organic Emitters 71 4.1.6 Light Extraction 73 4.1.7 Efficiency Loss Mechanisms 74 4.2 Applications of OLEDs 76 4.2.1 Information Displays 76 4.2.2 Solid-State Lighting 77 4.2.3 OLED Based Sensors 77 4.3 OLED Structuring 79 4.3.1 Shadow Mask Patterning 79 4.3.2 Serial Printing 80 4.3.3 Unconventional Patterning Techniques 80 4.3.4 Photolithographic Patterning of OLEDs 81 4.3.5 Orthogonal Processing of Organic Semiconductors 83 5 Materials and Methods 87 5.1 Organic Functional Materials . 87 5.1.1 Hole Injection/Transport Layers 87 5.1.2 Electron Blocking Materials 88 5.1.3 Hole Blockers and Electron Transport Materials 88 5.1.4 Emitter Systems 90 5.1.5 Substrate and Electrodes 90 5.2 Device Fabrication 92 5.2.1 Vacuum Deposition 92 5.2.2 Photolithographic Structuring 92 5.3 Measurements 94 5.3.1 OLED Characterisation 94 5.3.2 Optical and Morphological Inspection 95 5.3.3 Calcium Conductance Test 95 5.3.4 Time-of-flight Spectroscopy 96 6 Orthogonal Patterning of Organic Semiconductor Films and Devices 97 6.1 Patterned Organic Films 97 6.2 Patterned Alq3 Based OLEDs 100 6.2.1 Direct Emitter Patterning 100 6.2.2 Cathode as Protection Layer 102 6.2.3 Impact of O2 Plasma Treatment 104 6.3 Summary 107 7 Photolithographic Structuring of State-of-the-Art p-i-n OLEDs for Full-Colour RGB Displays 109 7.1 Studied OLED Structures 109 7.2 HFE Compatibility Study 110 7.2.1 HFE Immersion Study 110 7.2.2 LDI-TOF-MS Analysis 112 7.3 Large area OLEDs 114 7.4 Microscale Devices 118 7.5 Bilayer Processing on p-i-n OLEDs 122 7.6 Summary 126 8 White Light from Photo-structured OLED Arrays 129 8.1 Fabrication of Micro-OLED Array 129 8.1.1 Structuring Procedure 130 8.1.2 Optical Device Optimisation 130 8.1.3 Choice of Hole Blocking and Electron Transport Layers 134 8.2 Performance of Microstructured Devices 143 8.2.1 Colour Temperature Tuning 143 8.2.2 Compatibility with Photo-patterning 145 8.2.3 Colour Stability 150 8.3 Summary 154 9 Efficiency Roll-off and Emission Colour of Microstructured OLEDs 155 9.1 Photolithographic Control of the Subunit Dimension 155 9.2 Control of the Emission Colour 156 9.3 Suppression of Efficiency Roll-off in Microscale Devices 157 9.4 Thermal Management in OLEDs 159 9.5 Modelling Impact of Joule Heat on Roll-off Characteristics 162 9.6 Summary 164 10 Conclusions and Outlook 165 10.1 Conclusions 165 10.2 Outlook 167 List of Abbreviations 171 List of Figures 173 List of Tables 177 Acknowledgements 179 Bibliography 181 / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den neusten Errungenschaften von organischen Licht-emittierenden Dioden (OLEDs) für großflächige Beleuchtungs- und Displayanwendungen. Die OLED-Technologie hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten, begünstigt von neuartigen Material- und Bauteilkonzepten, weit entwickelt. Im aktuellen Stand der Technik erreichen OLEDs sowohl interne Effizienzen von 100% als auch Lebensdauern die für die kommerzielle Nutzung in Displays ausreichend sind. Nichtsdestotrotz sind weitere Verbesserungen für die Stabilität blauer Emitter und die Leistungsfähigkeit bei hohen Leuchtstärken erforderlich, damit die OLED Technologie ihren Platz auf dem Markt behaupten kann. Mit steigender Stromstärke, die durch ein solches Bauteil fließt, sinkt die Effizienz rapide (der sogenannte Effizienz-Roll-Off), was die Nutzung von OLEDs verhindert, wann immer hohe Leuchtstärken erforderlich sind. Zusätzlich verändern weiße OLEDs ihre Farbkomposition durch die unterschiedliche Alterung der unterschiedlichen Emittermoleküle oder veränderte Einsatzbedingungen. Obwohl die laterale Strukturierung nebeneinander aufgebrachter, monochromer OLEDs diese Probleme umgehen könnte, ist diese Herangehensweise durch die aktuelle Schattenmasken-Technologie limitiert, welche zur Strukturierung vakuumprozessierter Dünnschichten eingesetzt wird, und somit unpraktikabel für die Massenproduktion. Um diese Problemstellungen zu umgehen, wird hier die photolithographische Strukturierung von OLEDs angewendet. Mithilfe der orthogonalen Lithographie können hocheffiziente Bauteile damit erfolgreich auf Größenordnungen von 10 Mikrometer strukturiert werden. Dies zeigt, dass die orthogonale Prozessierung eine vielversprechende Alternative für die Schattenmasken-Technologie darstellt und für die Herstellung von RGB-Displays und Beleuchtungspanelen geeignet ist. Photostrukturierte Bauteile zeigen dabei eine nahezu identische Leistungsfähigkeit zu solchen, die großffächig mittels Schattenmasken hergestellt wurden. Diese hohe Leistungsfähigkeit kann hierbei durch eine sorgfältige Auswahl der einzelnen funktionellen Schichten erreicht werden, welche auf Untersuchung von morphologischer Stabilität und Löslichkeit dieser Schichten basiert. Mikrostrukturierte OLEDs in verschiedenen Konfigurationen werden mit ihren großflächigen Gegenstücken verglichen, um beobachtete Abweichungen im Ladungstransport, der Wärmeverteilung, sowie der Exzitonenrekombination zu erklären. Die Rolle der Joule'schen Wärme, die zur Auslöschung der emittierenden Exzitonenzustände führt, wird hier diskutiert. Die thermische Dissipation kann dabei verbessert werden, indem die aktive Fläche der OLED auf 20 Mikrometer herunterstrukturiert wird. Folglich kann der Effizienz-Roll-Off bei hohen Leuchtstärken in lateral strukturierten weißen elektrolumineszenten Bauteilen unterdrückt werden.:List of Publications 1 1 Introduction 5 2 Organic Semiconductors 9 2.1 Molecular Bonding 9 2.1.1 Intramolecular Interactions 10 2.1.2 Intermolecular Interactions 17 2.2 Optical Properties of Organic Semiconductors 23 2.2.1 Excited State Dynamics 26 2.3 Energy Transfer in Organic Solids 27 2.3.1 Förster Energy Transfer 29 2.3.2 Dexter Energy Transfer 30 2.4 Charge Transport Phenomena 31 2.4.1 Polarization and Energetic Disorder 31 2.4.2 Charge Transport Models 33 3 Electromagnetic Field Propagation in Layered Media 35 3.1 Maxwell's Equations 35 3.1.1 Wave Character of Electromagnetic Field 37 3.1.2 Energy of Electromagnetic Field 38 3.1.3 Boundary Conditions of Electromagnetic Fields 39 3.2 Reflection and Refraction of Plane Waves 40 3.2.1 Total Internal Reflection 43 3.3 Guided Optical Waves 44 3.3.1 Modes of Planar Waveguide 45 3.3.2 Multilayer Waveguides 49 3.3.3 Mode Coupling 53 3.4 EM Field in Presence of Charges 55 3.4.1 Volume Plasmons 58 3.4.2 Surface Plasmon Polaritons 58 3.4.3 Localized Plasmons 62 4 Organic Light-Emitting Diodes 65 4.1 Principle of Operation 65 4.1.1 Electroluminescence Efficiency 66 4.1.2 Charge Injection and Transport 66 4.1.3 Radiative Efficiency 68 4.1.4 Excited State Formation 69 4.1.5 Organic Emitters 71 4.1.6 Light Extraction 73 4.1.7 Efficiency Loss Mechanisms 74 4.2 Applications of OLEDs 76 4.2.1 Information Displays 76 4.2.2 Solid-State Lighting 77 4.2.3 OLED Based Sensors 77 4.3 OLED Structuring 79 4.3.1 Shadow Mask Patterning 79 4.3.2 Serial Printing 80 4.3.3 Unconventional Patterning Techniques 80 4.3.4 Photolithographic Patterning of OLEDs 81 4.3.5 Orthogonal Processing of Organic Semiconductors 83 5 Materials and Methods 87 5.1 Organic Functional Materials . 87 5.1.1 Hole Injection/Transport Layers 87 5.1.2 Electron Blocking Materials 88 5.1.3 Hole Blockers and Electron Transport Materials 88 5.1.4 Emitter Systems 90 5.1.5 Substrate and Electrodes 90 5.2 Device Fabrication 92 5.2.1 Vacuum Deposition 92 5.2.2 Photolithographic Structuring 92 5.3 Measurements 94 5.3.1 OLED Characterisation 94 5.3.2 Optical and Morphological Inspection 95 5.3.3 Calcium Conductance Test 95 5.3.4 Time-of-flight Spectroscopy 96 6 Orthogonal Patterning of Organic Semiconductor Films and Devices 97 6.1 Patterned Organic Films 97 6.2 Patterned Alq3 Based OLEDs 100 6.2.1 Direct Emitter Patterning 100 6.2.2 Cathode as Protection Layer 102 6.2.3 Impact of O2 Plasma Treatment 104 6.3 Summary 107 7 Photolithographic Structuring of State-of-the-Art p-i-n OLEDs for Full-Colour RGB Displays 109 7.1 Studied OLED Structures 109 7.2 HFE Compatibility Study 110 7.2.1 HFE Immersion Study 110 7.2.2 LDI-TOF-MS Analysis 112 7.3 Large area OLEDs 114 7.4 Microscale Devices 118 7.5 Bilayer Processing on p-i-n OLEDs 122 7.6 Summary 126 8 White Light from Photo-structured OLED Arrays 129 8.1 Fabrication of Micro-OLED Array 129 8.1.1 Structuring Procedure 130 8.1.2 Optical Device Optimisation 130 8.1.3 Choice of Hole Blocking and Electron Transport Layers 134 8.2 Performance of Microstructured Devices 143 8.2.1 Colour Temperature Tuning 143 8.2.2 Compatibility with Photo-patterning 145 8.2.3 Colour Stability 150 8.3 Summary 154 9 Efficiency Roll-off and Emission Colour of Microstructured OLEDs 155 9.1 Photolithographic Control of the Subunit Dimension 155 9.2 Control of the Emission Colour 156 9.3 Suppression of Efficiency Roll-off in Microscale Devices 157 9.4 Thermal Management in OLEDs 159 9.5 Modelling Impact of Joule Heat on Roll-off Characteristics 162 9.6 Summary 164 10 Conclusions and Outlook 165 10.1 Conclusions 165 10.2 Outlook 167 List of Abbreviations 171 List of Figures 173 List of Tables 177 Acknowledgements 179 Bibliography 181

In this work, a new organic light-emitting device (OLED) structure is proposed that allows light-emission from a metal-free device region, thus reducing the hurdles towards an electrically pumped organic solid state laser (OSL). Our design concept employs a stepwise change from a highly conductive but opaque metal part to a highly transparent but less conductive intrinsic emission layer. Here, the high current densities are localized to an area of a few micrometer in square, which is in the range of the mode volume of the transverse mode of an organic vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). Besides these experimental results, we present findings from simulations which further support the feasibility of our design concept. Using an equivalent circuit approach, representing the current ow in the device, we calculate the time-dependent length of the emission zone and give estimations for appropriate material parameters.

In this work, well-defined and stable thin films based on polythiophene and its derivative, are employed as the hole-injection contact of organic light-emitting diodes (OLED). The polymer films are obtained by the electropolymerization or the electrochemical doping/dedoping of a spin-coated layer. Their electrical properties and energetics are tailored by electrochemical adjustment of their doping levels in order to improve the hole-injection from the anode as well as the performance of small molecular OLEDs. By using dimeric thiophene and optimizing the electrodeposition parameters, a thin polybithiophene (PbT) layer is fabricated with well-defined morphology and a high degree of smoothness by electro-polymerization. The introduction of the semiconducting PbT contact layer improves remarkably the hole injection between ITO anode and the hole- transport layer (NPB) due to its favourable energetic feature (HOMO level of 5.1 eV). The vapor-deposited NPB/Alq3 bilayer OLEDs with a thin PbT interlayer, show a remarkable reduction of the operating voltage as well as enhanced luminous efficiency compared to the devices without PbT. Investigations have also been made on the influence of PbT thickness on the efficiency and I-V feature as well as device stability of the OLED. It is demonstrated that the use of an electropolymerization step into the production of vapor deposited molecular OLED is a viable approach to obtain high performance OLEDs. The study on the PbT has been extended to poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDT) and the highly homogenous poly(styrenesulfonate) (PSS) doped PEDT layer from a spin-coating process has been applied. The doping level of PEDT:PSS was adjusted quantitatively by an electrochemical doping/dedoping process using a p-tuoluenesulfonic acid containing solution, and the redox mechanism was elucidated. The higher oxidation state can remain stable in the dry state. The work function of PEDT:PSS increases with the doping level after adjusting at an electrode potential higher than the value of the electrochemical equilibrium potential (Eeq) of an untreated film. This leads to a further reduction of the hole-injection barrier at the contact of the polymeric anode/hole transport layer and an ideal ohmic behavoir is almost achieved at the anode/NPB interface for a PEDT:PSS anode with very high doping level. Molecular Alq3-based OLEDs were fabricated using the electrochemically treated PEDT:PSS/ITO anode, and the device performance is shown to depend on the doping level of polymeric anode. The devices on the polymer anode with a higher Eeq than that for the unmodified anode, show a reduction of operating voltage as well as a remarkable enhancement of the luminance. Furthermore, it is found that the operating stability of such devices is also improved remarkably. This originates from the removal of mobile ions such as sodium ions inside the PEDT:PSS by electrochemical treatment as well as the planarization of the ITO surface by the polymer film. By utilizing an Al/LiF cathode with an enhanced electron injection and together with a high Eeq- anode, a balanced injection and recombination of hole and electron is achieved. It leads to a further reduction of the operating voltage and to a drastic improvement of EL efficiency of the device as high as 5.0 cd/A. The results demonstrate unambiguously that the electrochemical treatment of a cast polymer anode is an effective method to improve and optimize the performance of OLEDs. The method can be extended to other polythiophene systems and other conjugated polymers in the fabrication of the OLEDs as well as organic transistors and solar cells.

博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

[pt] Esta dissertação de mestrado apresenta como proposta a investigação, a síntese e a caracterização de novos complexos baseados em terras-raras para aplicação em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Para isto, três complexos beta-dicetonatos de Európio foram estudados. O foco da investigação consistiu nos dois novos complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso], sintetizado pelo nosso grupo, cuja principal diferença consistiu em avaliar o comportamento do complexo [Eu(hfac)3X], em função de dois ligante ancilares: dpso e dbso. O que poderá implicar na variação da absorção do complexo e também no processo de transferência de energia dos ligantes para o íon de Európio. Além disso, um terceiro complexo comercial [Eu(dbm)3phen] foi empregado com o objetivo de ser utilizado como referência para a fabricação e a otimização da arquitetura dos OLEDs. Estes complexos beta-dicetonatos com ligantes ancilantes coordenados por N ou O foram caracterizados através de diferentes técnicas (ótica, eletroquímica e morfológica), sob a forma de filmes finos e em pó. A partir do estudo e da otimização do OLED baseado no complexo [Eu(dbm)3phen] se chegou a arquitetura que apresentou um compromisso entre a performance do OLED e o grau de complexidade associado a fabricação. A camada emissora se baseou na técnica de codeposição, onde uma matriz Spiro-2CBP foi escolhida de tal forma que: 1) a energia possa ser transferida para o dopante, no caso, [Eu(dbm)3phen] e 2) que a mobilidade efetiva no transporte de portadores de carga aumente em relação a baixa mobilidade comum em complexos de beta-dicetonas. A arquitetura otimizada foi ITO/ MoO3(10nm)/TAPC(30nm)/ Spiro-2CBP:[Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 porcento)/ TPBi(40nm)/LiF(0.1nm)/ Al(100nm). A partir desta arquitetura, foram fabricados os outros dispositivos OLEDs com os complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso]. Em estudo comparativo, de acordo com as medidas de eficiência fotométrica de corrente (EFC), verificou-se que o OLED baseado no complexo de [Eu(hfac)3dpso] apresentou uma eficiência superior ao OLED com [Eu(hfac)3dbso] apresentando um ganho de 7.5 porcento, para uma densidade de corrente em torno de 75mA/cm2. Em resumo, considerando os resultados dos OLEDs e também da disposição dos níveis de energia tripleto dos ligantes hfac, dbso e dpso, verifica-se que ambas indicam que o complexo [Eu(hfac)3dpso] apresente um melhor desempenho que o complexo [Eu(hfac)3dbso]. / [en] This master thesis presents as research, manufacture and characterization of new rare-earth-based complexes for application in light-emitting organic diodes (OLEDs). For this, three europium beta-dicetonated complexes were studied. The focus of the investigation was the two new complexes, [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso], synthesized in our group, whose main difference was to evaluate the behavior of the complex [Eu(hfac)3X], as a function of two ancillary ligands: dpso and dbso. This may imply variations in the absorption of the complex and also in the process of energy transfer from ligands to the Europium ion. Also, a third commercial complex [Eu(dbm)3phen] was employed as a reference for the manufacture and optimization of OLED architecture. These beta-diketonated complexes with N or O coordinated binding ligands were characterized by different techniques (optical, electrochemical and morphological) in both thin film and powder form. From the study of OLED optimization based on the complex [Eu(dbm)3phen], the architecture that presented a compromise between the OLED s performance and the degree of complexity associated with its fabrication. The emitter layer was based on the co-deposition technique, where a Spiro-2CBP matrix was chosen because: 1) good energy transfer to the dopant, in this case [Eu(dbm)3phen] and 2) the effective charge mobility in the co-deposited layer is higher than the common mobility in beta-diketone complexes. The optimized architecture was ITO / MoO3 (10nm) / TAPC (30nm) / Spiro-2CBP: [Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 percent) / TPBi (40nm) / LiF (0.1nm) / Al (100nm). From this architecture other OLEDs devices were fabricated with the complex [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso]. The comparative study, according to the current efficiency measurements, found that the [Eu(hfac)3dpso] complex-based OLED had higher efficiency than the [Eu(hfac)3dbso] OLED with a gain of 7.5 percent for a current density of around 75mA /cm2. In summary, considering the OLED results and also the arrangement of the triplet energy levels of the hfac, dbso and dpso ligands, both imply that the [Eu(hfac)3dpso] complex has a better performance than the complex [Eu(hfac)3dbso].

Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.

Vývoj UHV kompatibilního kombinovaného systému AFM/SEM. Modifikace předchozího AFM mikroskopu pro podmínky spojené s tímto systémem. Výzkum transportu elektrického náboje v organických solárních článcích pomocí měření jejich volt-ampérových charakteristik a povrchového potenciálu. Příprava zlatých hrotů pro STM netoxickou cestou.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Schottky-Dioden mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt und charakterisiert. Die Dioden bestanden dabei aus einer Kathode (Aluminium oder Kupfer), die durch Sputtern aufgebracht wurde, einer Halbleiterschicht aus Polytriphenylaminen (PTPA3), die mittels Tiefdruck aufgebracht wurde und einer im Flexodruck hergestellten Anode (PEDOT:PSS, Pani oder Carbon Black). Aus elektrischer Sicht wiesen dabei Dioden mit Kupfer und Carbon Black die besten Eigenschaften auf. Mit Hilfe dieser Elektrodenmaterialien und bei Halbleiterschichtdicken von ca. 200 nm konnten Grenzfrequenzen der Dioden von über 1 MHz realisiert werden. Weiterhin wiesen diese Dioden eine gute Langzeitstabilität sowie eine gute Stabilität gegenüber UV-Licht, Feuchtigkeit und Temperatur auf.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Metall-Halbleiter-Kontakt 2.1 Idealer Metall-Halbleiter-Kontakt 2.2 Metall-Halbleiter-Kontakt unter Spannung 2.3 Realer Metall-Halbleiter-Kontakt 2.3.1 Metall-Halbleiter-Kontakte ohne Grenzflächenzustände innerhalb der Bandlücke 2.3.2 Metall-Halbleiter-Kontakt mit Grenzflächenzuständen 2.4 Grenzflächen zwischen Metallen und organischen Materialien 2.5 Transportmechanismen / -modelle 2.5.1 Ladungstransport in organischen Halbleitern 2.5.2 Thermionische Emission 2.5.3 Fowler-Nordheim-Tunneln 2.5.4 Raumladungsbegrenzte Ströme 2.6 Poole-Frenkel Effekt 3 Stabilität organischer Materialien 3.1 Einfluss von Sauerstoff 3.2 Einfluss von Wasser 3.3 Einfluss von chemischen Reaktionen 3.4 Einfluss von elektrischem Stress 3.5 Einfluss von Licht 3.6 Einfluss von Struktur- und Morphologieänderungen 3.7 Einfluss von kombinierten Effekten 3.8 Einfluss von Barriereschichten 4 Schottky-Dioden 4.1 Allgemeiner Aufbau 4.2 Stand der Technik 4.3 Anforderungen an Materialien für Schottky-Dioden 4.3.1 Kathode 4.3.2 Halbleiter 4.3.3 Anode 4.4 Gleichrichter 4.5 Logische Schaltungen mit Dioden 5 Rolle-zu-Rolle-Verfahren / Druckverfahren 5.1 Übersicht Druckverfahren / Beschichtungsverfahren 5.2 Bewertung der Verfahren für die Herstellung von Schottky-Dioden 6 Versuchsdurchführung 6.1 Druckversuche 6.1.1 Genutzte Druckmaschinen 6.1.2 Verwendete Materialien 6.2 Messverfahren 6.2.1 Morphologische Charakterisierung 6.2.2 Elektrische Charakterisierung 6.2.3 Strom-Spannungs-Charakterisitik 6.2.4 Kapazitätscharakteristik 6.2.5 Elektrische Eigenschaften der Anodenmaterialien 7 Ergebnisse der Druckversuche 7.1 Einfluss der Lösungsmittel 7.2 Einfluss der Druckgeschwindigkeit 7.3 Druck der Anode 8 Elektrische Charakterisierung der Dioden 8.1 Vergleich der Elektrodenmaterialien 8.2 Strom-Spannungs-Kennlinie in Sperrrichtung 8.3 Gleichmäßigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik 8.4 Einfluss des Lösungsmittelgemischs 8.5 Einfluss der Trocknungstemperatur 8.6 Kapazitätscharakteristika 9 Stabilität 9.1 Langzeitstabilität 9.2 Hysterese 9.3 Einfluss der Temperatur 9.4 Einfluss von Feuchtigkeit 9.5 Einfluss von Licht 9.6 Einfluss von elektrischem Stress 10 Anwendungen 10.1 Gleichrichter 10.2 Logische Schaltungen mit Dioden 11 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Formel- und Symbolverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Danksagung Lebenslauf Veröffentlichungen Eigenständigkeitserklärung / Aim of this work was to demonstrate that Schottky-Diodes can be fabricated by means of Roll-to-Roll-Methods and to characterize these diodes. The diodes consists of a sputtered cathode (Aluminum or Copper), a gravure printed semiconducting layer of Polytriphenylamine (PTPA3) and a flexo printed anode (PEDOT:PSS, Pani, Carbon Black). Best electrical characteristics were obtained with diodes consisting Copper and Carbon Black as electrodes. With a thickness of the semiconducting layer of ~200 nm diodes with a cut-off frequency above 1 MHz could be demonstrated. These diodes showed also a good stability when exposed to UV-light, moisture and temperature.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Metall-Halbleiter-Kontakt 2.1 Idealer Metall-Halbleiter-Kontakt 2.2 Metall-Halbleiter-Kontakt unter Spannung 2.3 Realer Metall-Halbleiter-Kontakt 2.3.1 Metall-Halbleiter-Kontakte ohne Grenzflächenzustände innerhalb der Bandlücke 2.3.2 Metall-Halbleiter-Kontakt mit Grenzflächenzuständen 2.4 Grenzflächen zwischen Metallen und organischen Materialien 2.5 Transportmechanismen / -modelle 2.5.1 Ladungstransport in organischen Halbleitern 2.5.2 Thermionische Emission 2.5.3 Fowler-Nordheim-Tunneln 2.5.4 Raumladungsbegrenzte Ströme 2.6 Poole-Frenkel Effekt 3 Stabilität organischer Materialien 3.1 Einfluss von Sauerstoff 3.2 Einfluss von Wasser 3.3 Einfluss von chemischen Reaktionen 3.4 Einfluss von elektrischem Stress 3.5 Einfluss von Licht 3.6 Einfluss von Struktur- und Morphologieänderungen 3.7 Einfluss von kombinierten Effekten 3.8 Einfluss von Barriereschichten 4 Schottky-Dioden 4.1 Allgemeiner Aufbau 4.2 Stand der Technik 4.3 Anforderungen an Materialien für Schottky-Dioden 4.3.1 Kathode 4.3.2 Halbleiter 4.3.3 Anode 4.4 Gleichrichter 4.5 Logische Schaltungen mit Dioden 5 Rolle-zu-Rolle-Verfahren / Druckverfahren 5.1 Übersicht Druckverfahren / Beschichtungsverfahren 5.2 Bewertung der Verfahren für die Herstellung von Schottky-Dioden 6 Versuchsdurchführung 6.1 Druckversuche 6.1.1 Genutzte Druckmaschinen 6.1.2 Verwendete Materialien 6.2 Messverfahren 6.2.1 Morphologische Charakterisierung 6.2.2 Elektrische Charakterisierung 6.2.3 Strom-Spannungs-Charakterisitik 6.2.4 Kapazitätscharakteristik 6.2.5 Elektrische Eigenschaften der Anodenmaterialien 7 Ergebnisse der Druckversuche 7.1 Einfluss der Lösungsmittel 7.2 Einfluss der Druckgeschwindigkeit 7.3 Druck der Anode 8 Elektrische Charakterisierung der Dioden 8.1 Vergleich der Elektrodenmaterialien 8.2 Strom-Spannungs-Kennlinie in Sperrrichtung 8.3 Gleichmäßigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik 8.4 Einfluss des Lösungsmittelgemischs 8.5 Einfluss der Trocknungstemperatur 8.6 Kapazitätscharakteristika 9 Stabilität 9.1 Langzeitstabilität 9.2 Hysterese 9.3 Einfluss der Temperatur 9.4 Einfluss von Feuchtigkeit 9.5 Einfluss von Licht 9.6 Einfluss von elektrischem Stress 10 Anwendungen 10.1 Gleichrichter 10.2 Logische Schaltungen mit Dioden 11 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Formel- und Symbolverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Danksagung Lebenslauf Veröffentlichungen Eigenständigkeitserklärung

Large area OLEDs show pronounced Joule self-heating at high brightness. This heating induces brightness inhomogeneities, drastically increasing beyond a certain current level. We discuss this behavior considering 'S'-shaped negative differential resistance upon self-heating, even allowing for 'switched-back' regions where the luminance finally decreases (Fischer et al., Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3367). By using a multi-physics simulation the device characteristics can be modeled, resulting in a comprehensive understanding of the problem. Here, we present results for an OLED lighting panel considered for commercial application. It turns out that the strong electrothermal feedback in OLEDs prevents high luminance combined with a high degree of homogeneity unless new optimization strategies are considered.

Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen der angewendeten Effekte 3. Experimentelle Details 4. Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von Substraten für Raman-Oberflächenverstärkungseffekte 5. Untersuchung zu Verstärkungsmechanismen des Raman-Effekts an dünnen organischen Schichten 6. Interkalation mit Kalium in dünne Schichten aus Manganphthalocyanin 7. MnPc unter Spannungs- und Stromeinfluss - Der Feldeffekttransistor 8. Zusammenfassung Anhang Literatur Abbildungsverzeichnis Eidesstattliche Versicherung Lebenslauf Liste wissenschaftlicher Leistungen Danksagung