OLEDs: Hohe Effizienz auch ohne Schwermetalle

Organische Leuchtdioden, die heute kleine Smartphone-Displays erhellen, wandeln den Großteil des genutzten Stroms in Licht um. Diese hohe Effizienz, die vor allem auf der Phosphoreszenz von Triplett-Zuständen beruht, wird oft durch die Beimischung von Schwermetallen wie Iridium erreicht. Ohne diese teuren Zusätze kommen nun lichtaktive Substanzen aus, die japanische Wissenschaftler entwickelt haben. Sie legen den Grundstein, um in Zukunft günstigere OLEDs für große Flächenleuchten konstruieren zu können.

Chiahaya Adachi und seine Kollegen von der Kyushu University in Fukuoka synthetisierten die lichtspendenden Substanzen aus organischen Molekülen wie speziellen Fluorobenzol- oder Cyanobenzol-Derivaten. Diese lichtaktiven Molekülkomplexe deponierten sie auf hochreine Flächen aus Quartz und Silizium. Zum Leuchten wurden diese Flächen mit einem Ultraviolett-Laser angeregt. Dabei zeigte sich, dass die verwendeten Materialien bis zu 90 Prozent der verfügbaren Energie in sichtbares Fluoreszenz-Licht umwandeln konnten. Die bislang von Adachi entwickelten Substanzen eigneten sich für ein breites Farbspektrum von Orange bis Himmelblau. Damit ließen sich prinzipiell auch Weißlicht-Leuchten konstruieren.

Verantwortlich für die hohe Effizienz sind die elektronischen Übergänge in den neuen Substanzen. Wurden bisher in OLEDs mit Metallzusätzen vor allem strahlende Übergänge von Triplett-Zuständen verwendet, konnte nun das Fluoreszenzlicht von angeregten Singlett-Zuständen stärker genutzt werden. Möglich wurde dies durch eine Spin-Up-Konversion von nicht strahlenden Triplett- zu den gewünschten Singlett-Zuständen. Die neuen Moleküle nutzen folglich sowohl Singlett- als auch Triplett-Exzitonen für die Lichterzeugung über fluoreszierende Übergänge.

In weiteren Schritten gilt es nun, aus diesen lichtaktiven Substanzen erste OLED-Prototypen zu fertigen, die nicht mehr mit einem Laser, sondern mit elektrischen Spannungen zur Lichtemission angeregt werden können. Parallel müssen die leuchtenden Moleküle auf ihre Haltbarkeit getestet werden. Denn erst ab einer Lebensdauer von mindestens 1000 Betriebsstunden werden OLEDs für markttaugliche Flächenleuten interessant. Im Unterschied zu den als Punktstrahler etablierten normalen Leuchtdioden können OLEDs prinzipiell auch für große Flächen eingesetzt werden. Da parallel auch flexible Trägermaterialien entwickelt werden, sind in einigen Jahren leuchtende Tapeten oder Vorhänge vorstellbar, die dank neuer lichtaktiver Substanzen zwar nicht ungiftig wären, doch zumindest ohne teure Schwermetalle auskommen könnten.

Jan Oliver Löfken

PH