Cristal líquido colunar como matriz alinhável para moléculas emissoras

Abstract

Os diodos orgânicos emissores de luz com emissão por fosforescência e fluorescência atrasada possibilitam 100% de aproveitamento de éxcitons gerados por injeção de cargas, porém a eficiência externa limita-se a ±20% devido a efeitos interfaciais e reflexões internas no dispositivo. Moléculas emissoras com alto ordenamento do momento de dipolo molecular paralelo aos eletrodos possibilitam eficiências externas acima dos 40%. Este trabalho tem objetivo de utilizar as propriedades orientacionais de cristais líquidos colunares como matriz alinhável para induzir alinhamento de moléculas emissoras/dopante. As propriedades fotofísicas das moléculas emissoras baseadas em perileno foram investigadas em solução e filme, bem como dopadas na matriz líquidos-cristalina com centro triazina (5A). O rendimento quântico dos filmes drop casted 5A/Perileno apresentaram valores equiparáveis aos obtidos em solução e em matriz comercial (DPEPO). Surpreendentemente, foi obtido 84% de rendimento quântico de fluorescência por meio da excitação ótica da matriz 5A, superando o valor obtido por excitação direta do dopante (70%), com eficiência de FRET (Förster resonance energy transfer) de 56%. Análises por difração de raio-X indicam que o 5A como matriz induz a formação de domínio colunar de dopante com formato discótico. A segunda matriz líquido cristalina FN apresentou alinhamento homeotrópico dos filmes puro e dopados. Apesar da boa sobreposição espectral matriz/dopante o perfil fotofísico alcançado dos filmes spin coated não foi o desejado. A eficiência de FRET foi inferior ao obtido com a matriz 5A, 20%~30%, indicando grande influência das cadeias laterais grandes da matriz FN. Este trabalho demostrou a capacidade de moléculas líquido-cristalinas em aumentar a formação de domínios colunares de moléculas emissoras comparados a matrizes convencionais, melhorando diretamente rendimento quântico de emissão e FRET. A influência das cadeias laterais e método de deposição se mostrou diretamente relacionada a fotofísica do filme. A fotofísica dos filmes alinhados pode ainda ser melhoradas por meio de excitação por injeção de cargas, devido a melhora da condutividade da camada emissora.

Abstract: Organic light-emitting diodes with phosphorescence and delayed fluorescence emission enable 100% utilization of excitons generated by charge injection, but the external efficiency is limited to ±20% due to interfacial effects and internal reflections in the device. Emitting molecules with high ordering of the molecular dipole moment parallel to the electrodes allow external efficiencies above 40%. This work aims to use the orientational properties of columnar liquid crystals as an alignable matrix to induce alignment of emitting/dopant molecules. The photophysical properties of perylene based emitting molecules were investigated in solution and thin film, as well as doped in the liquid-crystalline matrix with triazine center (5A). The quantum yield of the 5A/Perylene drop cast thin films presented values comparable to those obtained in solution and in a commercial matrix (DPEPO). Surprisingly, 84% of fluorescence quantum yield was obtained through the optical excitation of the 5A matrix, surpassing the value obtained by direct excitation of the dopant (70%), with FRET (Förster resonance energy transfer) efficiency of 56%. X-ray diffraction analyses indicate that the 5A matrix induces the formation of a columnar dopant domain with a discotic shape. The second FN crystalline liquid matrix showed homeotropic alignment of the neat and doped thin films. Despite the good matrix/dopant spectral overlap, the photophysical profile achieved of the spin coated thin films was not the desired. The efficiency of FRET was lower than that obtained with the 5A matrix, 20%~30%, indicating great influence of the large side chains of the FN matrix. This work demonstrated the ability of liquid-crystalline molecules to increase the formation of columnar domains of emitting molecules compared to conventional matrices, directly improving quantum emission yield and FRET. The influence of the side chains and deposition method was directly related to the photophysics of the thin film. The photophysics of the aligned films can also be improved by excitation by charge injection, due to the improvement of the conductivity of the emitting layer.