Organische Leuchtdiode: Wissenschaftler reduzieren komplexen Schichtaufbau

| Redakteur: Hendrik Härter

Der erste Prototyp der in Mainz entwickelten OLED beleuchtet das Logo des MPI-P. Die OLED besteht nur noch aus einer Schicht mit einem externen Wirkungsgrad von 19%.
Der erste Prototyp der in Mainz entwickelten OLED beleuchtet das Logo des MPI-P. Die OLED besteht nur noch aus einer Schicht mit einem externen Wirkungsgrad von 19%. (Bild: MPI-P)

Wissenschaftlern ist es gelungen, den mehrlagigen Aufbau einer organischen Leuchtdiode (OLED) auf eine Schicht zu reduzieren. Sie verwenden eine lichtemittierende Schicht, deren physikalisches Prinzip seit mehreren Jahrzehnten bekannt ist.

Die Vorteile einer OLED gegenüber einer LED ist, dass das Licht flächig ist und von der Farbtemperatur entspricht es eher dem natürlichen Licht. Über den aktuellen Stand der OLED-Entwicklung haben wir eine Serie veröffentlicht. Problematisch ist vor allem der mehrlagige Aufbau der organischen Leuchtdiode. Das konnten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) jetzt ändern: Ihre Entwicklung verfügt über nur eine Schicht.

OLEDs bestehen aktuell aus verschiedenen, hauchdünnen Schichten. Manche Schichten werden zum Transport von Ladungen verwendet, während andere verwendet werden, um Elektronen effizient in die aktive Schicht einzubringen, in der Licht erzeugt wird. Eine OLEDs kann leicht aus fünf bis sieben Schichten bestehen. Die Wissenschaftler des MPI-P unter der Leitung von Gruppenleiter Dr. Gert-Jan Wetzelaer (Abteilung Prof. Paul Blom) haben nun eine OLED entwickelt, die nur aus einer einzigen Schicht besteht, die über zwei Elektroden mit Strom versorgt wird. Das vereinfacht die Herstellung von OLEDs und ebnet den Weg für druckbare Displays.

OLED aus einer Schicht aufgebaut

Mit ihrem ersten Prototyp konnten die Mainzer Wissenschaftler zeigen, dass sie mit einer Spannung von 2,9 V eine Helligkeit des emittierten Lichts von 10.000 cd/m² erzeugen können. Das entspricht ungefähr dem 100-fachen der Helligkeit moderner Bildschirme. Außerdem konnten die Forscher einen externen Wirkungsgrad von 19% messen, was bedeutet, dass 19% der zugeführten elektrischen Energie in Licht umgewandelt werden, das in Richtung des Betrachters austritt. Auch mit diesem Wert kann der OLED-Prototyp mit aktuellen OLEDs konkurrieren, die aus fünf oder noch mehr Schichten bestehen.

m Dauerbetrieb konnten die Forscher bei einer Helligkeit, die dem Zehnfachen moderner Displays entspricht, eine sogenannte LT50-Lebensdauer von fast 2000 Stunden messen. Innerhalb dieser Zeit ist die Anfangshelligkeit auf 50% ihres Wertes gesunken. „Für die Zukunft hoffen wir, das Konzept noch weiter verbessern zu können und damit noch längere Lebensdauern zu erreichen. Damit könnte das Konzept für industrielle Zwecke genutzt werden“, sagt Wetzelaer. Mit ihrem neu entwickelten Einschichtkonzept einer OLED wollen die Wissenschaftler dazu beitragen, die Prozesse zu identifizieren und zu verbessern, die für die Reduzierung der Helligkeit verantwortlich sind.

Physikalisches Prinzip seit Jahrzehnten bekannt

Verwendet wird eine lichtemittierende Schicht auf Basis der sogenannten „Thermally Activated Delayed Fluorescence“ (TADF). Dieses physikalische Prinzip ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt, wurde aber vor etwa zehn Jahren in den Fokus der OLED-Forschung gerückt, als in Japan eine effiziente Umwandlung von elektrischer Energie in Licht demonstriert wurde. Seitdem arbeiten die 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.

Referenz

Beitrag aus Nature Photonics (abgerufen am 18.7.)

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