Längeres Leben für OLEDs

Längeres Leben für organische Leuchtdioden

Princeton (USA) - Organische Leuchtdioden (OLED) können nicht nur als Strom sparende, punktförmige Lichtquellen, sondern wegen ihrer Flexibilität auch für strahlende Tapeten, Wände oder Gardinen genutzt werden. Finden sich kleinere OLED-Displays schon heute in ersten Produkten, sind großflächige und biegsame Leuchtmodule noch nicht marktreif. Mit der Verlängerung der Lebensdauer und einer besseren Lichtausbeute der blau strahlenden Komponenten gelang nun amerikanischen Forscher ein großer Schritt in diese Richtung. Ihr Konzept für eine insgesamt weiß strahlende OLED, welches aus roten, grünen und blauen OLED aufbaut, präsentieren sie in der Zeitschrift "Nature".

Die Vorteile solcher neuen Leuchtquellen liegen neben den neuen Designmöglichkeiten in der möglichen Stromeinsparung. So fließt in Industriestaaten rund ein Fünftel der Stromproduktion in die Erzeugung von Licht. Oft liefern klassische Glühlampen nicht mehr als 15 Lumen pro Watt. Die weiß strahlenden OLED der Forscher von der Princeton University und von der University of Southern California in Los Angeles erreichen dagegen Maximalwerte von 37 Lumen pro Watt.

Der Aufbau der neuen, effizienteren OLED unterscheidet sich auf den ersten Blick nicht wesentlich von herkömmlichen Modulen. Auf einer leitfähigen, transparenten Fläche aus Indiumzinnoxid (ITO) bauten die Forscher eine Mehrschichtstruktur, in der bei angelegter Spannung Elektron-Loch-Paare erzeugt werden. In so genannten Iridiumkomplexen rekombinieren diese wieder und senden dabei Licht aus, das je nach Emittermaterial im grünen, roten oder blauen Spektralbereich liegt.

Doch die bisher hergestellten Module erzeugen ihr Licht in allen Wellenlängenbereichen über die Elektrophosphoreszenz. Das ist für Grün und Rot effektiv, doch leiden die Emittersubstanzen für Blau unter einer geringen Lebensdauer. "Daher nutzen wir hier für eine Weißlicht-OLED einen Fluoreszenz-Emitter, der alle Singlet-Exzitonen für eine Blau-Emission ausnutzt" erklären Yiri Sun und seine Kollegen. Mit diesem Material (4,4 -bis(9-Ethyl-3-Carbazovinylen)-1,1-Biphenyl (BczVBi)) können die parallel bei einer angelegten Spannung von wenigen Volt erzeugten Triplet-Exzitonen komplett von den Emitter-Substanzen für Grün und Rot in Licht umgewandelt werden. Denn der blaue Fluoreszenz-Emitter kann diese nicht verwerten.

Bei vergleichbarer Lichtausbeute verbraucht die neue OLED so etwa ein Fünftel weniger Strom. Zudem ist der Fluoreszenz-Emitter für Blau weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und verlängert so die Lebensdauer der blau strahlenden Komponenten. Dennoch müssen die Wissenschaftler noch einer geeigneten Versiegelungstechnik suchen, um die Leuchtstoffe dauerhaft vor eindringenden Luftfeuchtigkeit zu schützen.

So werden die Forscher trotz der herausragenden Leuchteffizienz noch einige Zeit brauchen, bis ihr OLED-Prinzip in eine Serienfertigung einfließen kann. Ein kostentreibender Nachteil liegt zudem in der aufwändigen Herstellung der einzelnen Schichten unter Vakuum. Günstiger, aber in der Regel weniger leuchtstark, sind dagegen OLED, die mit dem Spin-Coating-Verfahren direkt aus einer Lösung der Emitter-Substanzen produziert werden können.


Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Management of singlet and triplet excitons for efficient white organic light-emitting devices, Yiru Sun et al., Nature, Vol. 440, S. 908  
• Princeton University: http://www.princeton.edu  
• Princeton Institute for the Science and Technology of Materials (PRISM): http://prism.princeton.edu/  
• University of Southern California in Los Angeles: http://www.usc.edu  
• Department of Chemistry: http://chem.usc.edu/
  
  

Weiterführende Literatur:

• D’Andrade, B. W. & Forrest, S. R. White organic light-emitting devices for solid-state lighting. Adv. Mater. 16, 1585–-1595 (2004).
  
• Baldo, M. A. et al. Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices. Nature 395, 151–-154 (1998).
  
• Adamovich, V. et al. High efficiency single dopant white electrophosphorescent light emitting diodes. N. J. Chem. 26, 1171–-1178 (2002).
  
• Kalinowski, J. et al. Triplet energy exchange between fluorescent and phosphorescent organic molecules in a solid state matrix. Chem. Phys. 297, 39–-48 (2004).