Forschung & Entwicklung

Auf dem Weg zu druckbaren organischen Leuchtdioden

Wissenschaftler haben eine organische Leuchtdiode entwickelt, die nur aus einer einzigen Schicht besteht. Dies ebnet den Weg für Displays aus dem Tintenstrahldrucker.

Organische Leuchtdioden (OLEDs) bestehen aus verschiedenen Dünnschichten. Manche Schichten werden zum Transport von Ladungen verwendet, während andere Elektronen effizient in die aktive Schicht einbringen, in der Licht erzeugt wird. So können aktuelle OLEDs leicht aus fünf bis sieben Schichten bestehen. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtdioden sind die Leuchtkraft und Lebensdauer von OLEDs derzeit noch geringer.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) verwenden nur eine einzige lichtemittierende Schicht auf Basis der ‚Thermally Activated Delayed Fluorescence‘ (TADF). Dieses physikalische Prinzip ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt, wurde aber vor etwa 10 Jahren in den Fokus der OLED-Forschung gerückt, als in Japan eine effiziente Umwandlung von elektrischer Energie in Licht demonstriert wurde. Seitdem arbeiten 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.

Mit ihrem ersten Prototyp konnten die MPI-Wissenschaftler zeigen, dass sie mit einer Spannung von nur 2,9 Volt eine Helligkeit des emittierten Lichts von 10000 Candela / Quadratmeter erzeugen können - das entspricht etwa dem 100-fachen 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 % messen. 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 bestimmen. Innerhalb dieser Zeit sinkt die Anfangshelligkeit auf 50 % ihres Wertes.

Die Forscher hoffen, das Einschichtkonzept der stark reduzierten Komplexität einer OLED noch weiter verbessern zu können und damit noch längere Lebensdauern zu erreichen. Damit wäre auch der industrielle Einsatz denkbar.

von mg

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 (2019), DOI: 10.1038/s41566-019-0488-1]

www.mpip-mainz.mpg.de

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