Neue Strategie für effiziente OLED-Aktiv-Matrix-Displays

Physiker, Material­wissen­schaftler und Ingenieure arbeiten an der TU Dresden gemeinsam an der Entwicklung neuartiger organischer Materialien und Bauelemente für die leistungs­starke, flexible und möglicher­weise sogar bio­kompatible Elektronik und Opto­elektronik der Zukunft. Die Steigerung der Leistungs­fähigkeit organischer Bauelemente ist eine der zentralen Heraus­forderungen in ihrer Forschung. Jetzt präsentiert das Team das erste elektronische Bauelement, das einen vertikalen organischen permeablen Basis-Transistor, kurz OPBT, und eine organische Leucht­diode, kurz OLED, kombiniert. Mit diesem neuartigen Bauelemente-Konzept eines organischen permeablen Leucht-Basis­transistors ist es den Forschern gelungen, die Funktion eines hoch­effi­zienten Schalt­transistors und einer organischen Leucht­diode, wie sie üblicher­weise in Aktiv-Matrix-Displays einge­setzt werden, zu kombinieren.

Aktiv-Matrix-Displays sind meist Flüssig­kristall­bild­schirme, die in der Regel eine Matrix aus Dünn­schicht­transistoren zur Ansteuerung der LCD-Pixel enthalten. Jedes einzelne Pixel hat eine Schaltung mit aktiven Bauteilen, meist Transistoren. In diesem Zusammen­hang haben organische Leucht-Transistoren, dreipolige Bau­elemente, die einen Dünn­film­transistor mit einer Leucht­diode kombinieren, zunehmendes Interesse gefunden. Aller­dings bleibt die Steigerung ihrer Effizienz bei gleich­zeitig niedriger Betriebs­spannung eine zentrale Heraus­forderung.

Der Schlüssel zur Konstruktion der leistungs­starken organischen perme­ablen Leucht-Basis­transistoren ist die durch­lässige Basis­elektrode, die sich in der Mitte des Bauelements befindet. Sie bildet eine ausgeprägte optische Mikro­kavität und reguliert die Ladungs­träger­injektion und den Transport. Die so konstruierten drei­poligen vertikalen opto­elektronischen Bauelemente können gleich­zeitig hohe Wirkungs­grade von bis zu 24,6 Prozent, hohe Leucht­dichten bis zu 12.513 Candela pro Quadrat­meter und niedrige Ansteuer­spannungen unter 5,0 Volt erreichen.

Die Leistung der organischen permeablen Leucht-Basis­transistoren ist vergleichbar mit modernsten OLEDs und den besten organischen Transistoren. „Wir erwarten, dass dieses neuartige Bauelement­prinzip den Weg für hoch­effiziente flexible Displays mit einem sehr einfachen Pixel­design ebnen wird“, so Gruppen­leiter Karl Leo.

TU Dresden / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  Z. Wu et al.:  Efficient and low-voltage vertical organic permeable base light-emitting transistors, Nat. Mater., online 1. März 2021; DOI: 10.1038/s41563-021-00937-0
• Optoelektronik (K. Leo), Institut für angewandte Physik, Technische Universität Dresden