OLED strahlen effizienter
Physik Journal – Großflächige Bildschirme mit organischen Leuchtdioden (OLED) rücken der Massenproduktion immer näher.
Großflächige und brillante Bildschirme mit organischen Leuchtdioden – kurz OLED – rücken der Massenproduktion immer näher. Mit gleich zwei technischen Neuerungen gelang es Forschern des Elektronikkonzerns Philips, die Eigenschaften der filigranen Module zu verbessern. Zum einen verringert ein neues Anodenmaterial deutlich die auftretenden Leistungsverluste, die bei der Erzeugung der Ladungsträger im Polymermaterial entstehen. Zum anderen gelingt es mithilfe einer zusätzlichen phosphoreszierenden Substanz, die Lichtausbeute bei der Rekombination angeregter Elektronen mit den jeweiligen Elektronenlöchern zu erhöhen. Mit beiden Effekten erreichen die Forscher um Klemens Brunner bei gleicher Stromversorgung rund 90 Prozent der Lichteffizienz herkömmlicher anorganischer Leuchtdioden.
Mit effizienteren organischen Leuchtdioden lassen sich ähnlich leistungsfähige Farbdisplays realisieren wie mit anorganischen LEDs. (Quelle: Philips)
Der Leuchteffekt einer OLED beruht auf der strominduzierten Bildung von Elektronen und Löchern, die nach ihrer Trennung rekombinieren und dabei Photonen aussenden. Wegen einer zu großen Beweglichkeit der Elektronen fanden bisher jedoch nicht alle Löcher wieder zu einem Rekombinationspartner. Das neue Anodenmaterial – ein Polymer, über deren Struktur die Philips-Forscher noch keine Auskünfte geben wollen – dient nun als Elektronen-Blocker und konzentriert diese negativen Ladungsträger in der Nähe der Löcher. So gelang es Brunner und Kollegen, den Mangel an Elektronen zu verringern und die Ladungsträgerbilanz wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Je nach Farbe der Leuchtdiode steigerten sie die Rekombinationsrate um das Drei- bis Fünffache und erreichten Leuchtwerte zwischen 20 (blau) und 35 (gelb) Candela pro Ampere.
Für die zweite Effizienzsteigerung nutzen die Wissenschaftler zusätzlich zu den in einer OLED üblichen fluoreszierenden Substanzen nun auch phosphoreszierende. Ein so genanntes Hauptketten-Carbazol führte dabei in Kombination mit einem Schwermetall-Iridiumkomplex zur Ausbildung von neuen strahlenden Übergängen bei der Rekombination von Elektronen und Löchern. Bisher ließen sich nur Lichtteilchen über die Fluoreszenz bei Rekombination von Ladungsträgern mit antiparallelen Spins erzeugen. Nun ergaben sich über eine Singulett-Triplett-Mischung auch strahlende Übergänge von Teilchen mit parallelen Spins über Phosphoreszenz. In rot und grün leuchtenden Prototypen, die sich bereits für die industrielle Fertigung eignen, konnte so die Lichtausbeute vervierfacht werden. Die blaue OLED funktioniert allerdings bisher nur unter Laborbedingungen.
Die Displayqualität leidet dabei nicht durch das Phosphoreszieren, da das Nachleuchten binnen sechs Mikrosekunden abgeklungen ist, Schaltraten für Videoanwendungen dagegen bei etwa 20 Mikrosekunden liegen. Die Aussendung eines Fluoreszenz-Photons läuft mit wenigen Nanosekunden um rund eine Größenordnung schneller ab.
Jan Oliver Löfken
Quelle: Physik Journal, Juni 2004
Weitere Infos:
- Originalveröffentlichung:
K. Brunner et al., J. Am. Chem. Soc. 126(19), 6035 (2004).
http://dx.doi.org/10.1021/ja049883a (Volltext frei!)
