Forschung & Entwicklung

Farbsteuerung von OLEDs

Die räumliche Struktur konjugierter Polymere kann genutzt werden, um Farben von OLEDs zu steuern und Bildschirme besser zum Leuchten zu bringen.

Im Mittelpunkt der neuen Forschungsergebnisse stehen Polymere, die sich für den Einsatz in organischen Leuchtdioden eignen. Werden die Polymere einem Laserstrahl ausgesetzt, absorbieren sie das Licht und speichern es als Anregungsenergie. Diese Energie breitet sich an ihrem Rückgrat (Hauptkette) entlang aus. Kurz darauf wird sie durch Abstrahlung von Licht freigesetzt.

Bisher ist man davon ausgegangen, dass die Farbe des abgestrahlten Lichts davon abhängig sei, wie weit sich die Anregungsenergie in den Polymeren ausbreitet: Der Bereich, in dem sich die Energie ausdehnt, sei umso kleiner, je stärker die Polymere gekrümmt sind, hieß es. Doch Bayreuther Wissenschaftler haben diese Annahmen jetzt widerlegt. Die von ihnen untersuchten Polymere (Polythiophene) haben ein chemisch identisches Rückgrat und sind unterschiedlich gekrümmt, aber die Anregungsenergie dehnt sich über gleich große Bereiche aus. Gekrümmte Polymere senden grünes oder blaues Licht aus, gestreckte Polymere strahlen gelb oder rötlich. „Wenn diese Polymere in organischen Leuchtdioden zum Einsatz kommen, können ihre unterschiedlichen räumlichen Strukturen genutzt werden, um die Farben des von den OLEDs abgestrahlten Lichts präzise zu steuern“, erklärt der Physiker Dominic Raithel von der Universität Bayreuth.

Wie die Forscher ebenfalls herausgefunden haben, besitzen gestreckte Polymere ein von ihren Seitenarmen gebildetes Gerüst, das die Streckung stabilisiert. Daraus ergibt sich für Leuchtdioden ein besonderer Vorteil: Wenn gestreckte Polymere übereinander geschichtet werden, sorgen die Gerüste für Stabilität. Die Lichtemission wird dadurch nicht geschwächt.

Bei den vergleichenden experimentellen Untersuchungen der Polymere kamen verschiedene Spektroskopieverfahren zum Einsatz. Mit Einzelmolekülspektroskopie bei sehr tiefen Temperaturen konnten die Farben des emittierten Lichts und schließlich auch die Ausdehnung der Anregungsenergie über die kettenförmig aufgebauten Polymere bestimmt werden.

Die Bayreuther Wissenschaftler haben eng mit einer Arbeitsgruppe an der Rice University in Houston/Texas zusammengearbeitet. Hier wurden von Dr. Lena Simine und Prof. Dr. Peter J. Rossky umfangreiche Berechnungen zum Einfluss der Polymerstrukturen auf die Farbe des emittierten Lichts angestellt. Die Verbindung von experimentellen mit theoretischen Methoden führte schließlich zu Einblicken in die räumliche Struktur einzelner Polymerketten, die mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren nicht möglich sind.

Originalveröffentlichung:

[D. Raithel et al., Direct observation of backbone planarization via side-chain alignment in single bulky-substituted polythiophenes, PNAS 115 (2018), DOI 10.1073/pnas.1719303115]

von mn

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