Forschung & Entwicklung

Leistungsstärkere weiße OLEDs

Im Fokus der aktuellen OLED-Forschung steht derzeit insbesondere die Effizienzsteigerung von weißen OLEDs für Beleuchtungselemente. Für diese Bauteile gelten wesentlich strengere Voraussetzungen in Bezug auf Stabilität, Winkelabstrahlung und Effizienz.

Die externe Quanteneffizienz (EQE, external quantum efficiency) für weiße OLED-Bauelemente liegt ohne zusätzliche Auskopplungstechniken heute immer noch bei nur 20 bis 40 %. Ungefähr 20 % der erzeugten Photonen bleiben in der Glasschicht des Bauelementes gefangen. Ursache dafür ist die interne Totalreflektion der Teilchen an der Grenzfläche zwischen Glas und Luft. Weitere Photonen werden in den organischen Schichten – ähnlich wie in Glasfaserkabeln – geleitet, wieder andere gehen an der Grenzfläche zur oberen Metallschicht verloren.

In zahlreichen Forschungsvorhaben versuchen Experten, die gefangenen Lichtteilchen aus den OLEDs zu befreien. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Simone Lenk und Professor Sebastian Reineke von der TU Dresden hat nun eine neue Methode zur Befreiung der Photonen entwickelt.

Die Physiker stellen ein einfaches, skalierbares und insbesondere lithografiefreies Verfahren zur Erzeugung gezielt regelbarer Nanostrukturen mit gerichteter Zufälligkeit und räumlicher Ordnung vor, das die Effizienz und die winkelabhängige Abstrahlcharakteristik von weißen OLEDs deutlich verbessert. Die Nanostrukturen werden mittels reaktivem Ionenätzen erzeugt. Das bietet den Vorteil, die Topografie der Nanostrukturen über die Einstellung der Prozessparameter gezielt zu kontrollieren.

Um die erzielten Ergebnisse zu verstehen, haben die Wissenschaftler ein optisches Modell entwickelt, mit dem sich die Effizienzsteigerung der OLEDs erklären lässt. Durch die Integration dieser Nanostrukturen in weiße OLEDs kann eine externe Quanteneffizienz von bis zu 76,3 % erreicht werden.

Für Dr. Simone Lenk eröffnet die neue Methode zahlreiche neue Wege: „Wir hatten bereits lange nach einer Möglichkeit gesucht, Nanostrukturen gezielt zu manipulieren. Mit dem reaktiven Ionenätzen haben wir einen kostengünstigen und für große Flächen nutzbaren Prozess gefunden, der sich auch für die industrielle Nutzung eignet. Der Vorteil liegt darin, dass sich Periodizität und Höhe der Nanostrukturen komplett über die Prozessparameter einstellen lassen und dass somit eine optimale Auskopplungsstruktur für weiße OLEDs gefunden werden konnte. Diese quasi periodischen Nanostrukturen eignen sich nicht nur als Auskoppelstrukturen für OLEDs, sondern besitzen auch das Potenzial für weitere Anwendungen in der Optik, Biologie und Mechanik.“

von mn

Originalveröffentlichung:

[Y. Li et al., Tailor-made nanostructures bridging chaos and order for highly efficient white organic light-emitting diodes, Nat. Commun. 10 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-11032-z]

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