Blaue organische Leuchtdioden (OLEDs), die in Smartphones, Fernsehern oder anderen Geräten eingesetzt werden können, sind heute noch schwer herzustellen. Ein Forscherteam um Gert-Jan Wetzelaer vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung hat nun ein neues Materialkonzept entwickelt, mit dem sich blaue OLEDs einfach und kostengünstig herstellen lassen.
Die Effizienz der entwickelten Leuchtdiode ist bereits mit kommerziell erhältlichen vergleichbar, die über eine weitaus komplexere Struktur verfügen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler nun veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.
Rot, Grün und Blau: Die drei Grundfarben werden in modernen Displays aller Art zur Darstellung farbiger Bilder verwendet. Bei aktuellen Bildschirmen, die organische Leuchtdioden (OLEDs) verwenden, besteht ein Pixel aus drei einzelnen, mikroskopisch kleinen OLEDs. Ein gesamter Fernsehbildschirm mit etwa 2 Millionen einzelnen Pixeln besteht somit aus 6 Millionen Leuchtdioden. Daher ist eine einfache Herstellung sowie eine hohe Energieeffizienz sowohl für die Herstellungskosten als auch für die späteren Stromkosten von großer Bedeutung.
Bisher war die Herstellung blauer organischer Leuchtdioden eine Herausforderung. Um eine hohe Effizienz zu erreichen, nutzen moderne organische Leuchtdioden ein mehrschichtiges Materialsystem. Durch diesen teilweise bis zu siebenschichtigen Sandwichaufbau lassen sich Lichtausbeute nach außen zwischen 20 und 30 % erreichen.
Forscher um Gert-Jan Wetzelaer, Gruppenleiter in der Abteilung von Paul Blom am MPI für Polymerforschung, haben nun eine deutlich einfachere OLED-Struktur entwickelt. Sie konnten zeigen, dass statt sieben Schichten bereits eine einzige aktive Schicht, die für die Lichtemission verantwortlich ist, zwischen zwei Kontakten ausreicht, um eine effiziente organische Leuchtdiode zu erhalten. Ein wesentlicher Bestandteil des in dieser Einzelschicht verwendeten Materials ist die Verhinderung schädlicher Auswirkungen durch Defekte wie Wasser und Sauerstoff.
„Mit unserem Materialsystem könnten in Zukunft auch effiziente blaue OLEDs aus Lösung hergestellt werden“, sagt Gert-Jan Wetzelaer. „Damit ist die Herstellung dann nicht mehr mit einem mehrstufigen Prozess und aufwändigen Verdampfungsanlagen verbunden, sondern solche OLEDs können im besten Fall auch gedruckt werden.“
Mit ihrem neuen Single-Layer-OLED-Konzept konnten sie eine interne Quanteneffizienz von 100 % erreichen – das heißt, die gesamte zugeführte elektrische Energie wird in Licht umgewandelt. Aufgrund optischer Verluste an Grenzflächen, die bei jeder OLED vorhanden sind, werden etwa 27 % des Lichts nach außen abgegeben – ein Wert, der mit den bestehenden komplexen kommerziellen OLEDs konkurrenzfähig ist.
Mehr Informationen:
Oskar Sachnik et al., Einschichtige blaue organische Leuchtdioden mit einer internen Quanteneffizienz nahe Eins, Fortgeschrittene Werkstoffe (2023). DOI: 10.1002/adma.202300574