Auf dem Weg zu druckbaren organischen Leuchtdioden

Organische Leuchtdioden bestehen nicht aus Verbindungen, die Gallium enthalten, sondern aus organischen Verbindungen. OLEDs bestehen heute aus verschiedenen, hauchdünnen Schichten. Manche Schichten werden zum Transport von Ladungen verwendet, während andere verwendet werden, um Elektronen effizient in die aktive Schicht einzubringen, in der Licht erzeugt wird. So können aktuelle OLEDs leicht aus fünf bis sieben Schichten bestehen. Wissenschaftler des MPI für Polymer­forschung in Mainz unter der Leitung von Gert-Jan Wetzelaer haben jetzt eine neue OLED entwickelt, die nur aus einer einzigen Schicht besteht, die über zwei Elektroden mit Strom versorgt wird. Das vereinfacht die Herstellung von OLEDs und ebnet den Weg für druckbare Displays.

Mit ihrem ersten Prototyp konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sie mit einer Spannung von nur 2,9 Volt eine Helligkeit des emittierten Lichts von 10.000 Candela pro Quadratmeter erzeugen können – das entspricht etwa dem hundertfachen der Helligkeit moderner Bildschirme. Das Erreichen einer so hohen Leuchtkraft bei dieser niedrigen Spannung ist ein Rekord für aktuelle OLEDs. Außerdem konnten die Forscher einen externen Wirkungsgrad von 19 Prozent messen, was bedeutet, dass 19 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Licht umgewandelt werden, das in Richtung des Betrachters austritt. Auch mit diesem Wert kann der OLED-Prototyp mit aktuellen OLEDs konkurrieren, die aus fünf oder noch mehr Schichten bestehen.

Im Dauerbetrieb konnten die Forscher bei einer Helligkeit, die dem Zehnfachen moderner Displays entspricht, eine LT50-Lebensdauer von fast 2000 Stunden messen. Innerhalb dieser Zeit ist die Anfangshelligkeit auf 50 Prozent ihres Wertes gesunken. „Für die Zukunft hoffen wir, das Konzept noch weiter verbessern zu können und damit noch längere Lebensdauern zu erreichen. Damit könnte das Konzept für industrielle Zwecke genutzt werden“, sagt Wetzelaer. Mit ihrem neu entwickelten Einschicht­konzept wollen die Wissenschaftler dazu beitragen, die Prozesse zu identifizieren und zu verbessern, die für die Reduzierung der Helligkeit verantwortlich sind.

Die Wissenschaftler verwenden eine licht­emittierende Schicht auf Basis der „Thermally Activated Delayed Fluorescence“ TADF. Dieses physikalische Prinzip ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt und wurde vor etwa zehn Jahren in den Fokus der OLED-Forschung gerückt, als in Japan eine effiziente Umwandlung von elektrischer Energie in Licht demonstriert wurde. Seitdem arbeiten die Forscher an der Herstellung von TADF-basierten OLEDs, da diese keine teuren Molekül­komplexe benötigen, die Seltenerd-Metalle enthalten, wie sie in heutigen OLEDs genutzt werden.

MPI-P / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  N. B. Kotadiya, P. W. M. Blom & G.-J. A. H. Wetzelaer: Efficient and stable single-layer organic light-emitting diodes based on thermally activated delayed fluorescence, Nat. Photonics, online 8. Juli 2019; DOI: 10.1038/s41566-019-0488-1
• Abt. Molekulare Elektronik (P. Blom), Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz