13 Jun OLEDs: tiefblau, effizient und langlebig
Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind energieeffizient und flexibel in der Anwendung. Doch eine Herausforderung liegt in der Herstellung blauer OLEDs – diesen mangelte es bisher an Leuchtdichte und Stabilität. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Shanghai-Universität haben nun einen neuen Molekülkomplex für die Herstellung effizienter, tiefblauer OLEDs entwickelt.
In vielen Smartphones, Tablets und großflächigen Fernsehern stecken bereits OLEDs. Sie kommen ohne zusätzliche Hintergrundbeleuchtung aus und sind daher energieeffizient, lassen sich in Dünnschichttechnik kostengünstig herstellen und funktionieren auch auf flexiblen Trägermaterialien, was biegsame Displays und variable Raumbeleuchtungslösungen ermöglicht.
Leuchten in dünnen Schichten
Eine OLED besteht aus zwei Elektroden, von denen mindestens eine transparent ist. Dazwischen befinden sich dünne Schichten aus organischen halbleitenden Materialien. Das Leuchten ist Elektrolumineszenz: Beim Anlegen eines elektrischen Felds werden Elektronen von der Kathode sowie Löcher von der Anode in die als Emitter dienenden organischen Materialien injiziert. Die dort gebildeten Elektronen-Loch-Paare zerfallen anschließend in ihren Ausgangszustand und geben dabei Energie in Form von Licht frei. Alle Farbtöne werden dabei durch Mischung der drei Farben Blau, Grün und Rot erzeugt.
Warum die Farbe Blau Schwierigkeiten macht
Bisher gibt es für kommerzielle Anwendungen lediglich die Farben Rot und Grün als phosphoreszierende, das heißt länger nachleuchtende OLEDs. Die Farbe Blau gibt es als fluoreszierende OLEDs, die nur kurz leuchten. Bei blauen OLEDs ist es schwierig, hohe Effizienz, hohe Lumineszenz und lange Lebensdauer miteinander zu vereinbaren – die blauen Pixel leuchten schwächer oder verblassen schneller als die grünen und roten Pixel.
Ein leuchtender Molekülkomplex
Die Forschenden stellten nun ein neuartiges Molekül her, bestehend aus Carbazol- und Triazinfragmenten, die über ein Siliziumatom verbunden sind (CzSiTrz). Wenn die Moleküle sich zu Nanopartikeln zusammenlagern, kommt es bei elektronischer Anregung zu einer intramolekularen Ladungstransfer-Emission und einer intermolekularen Exciplex-Lumineszenz. Bei einem Exciplex handelt es sich um einen elektronisch angeregten Molekülkomplex; seine Emission unterscheidet sich von den Emissionen der angeregten Einzelmoleküle. „Mit der Exciplex-Strategie lässt sich eine tiefblaue Elektrolumineszenz erreichen, weil sich die Energieniveaus der elektronenspendenden Carbazolfragmente und der elektronenaufnehmenden Triazinfragmente unabhängig voneinander einstellen lassen“, erklärt Professor Stefan Bräse vom KIT.
Emission innerhalb der Moleküle und zwischen den Molekülen lässt tiefblaue OLEDs effizient und stabil leuchten. Bild: Zhen Zhang
So gelang es dem Team nach eigenen Angaben, tiefblaue OLEDs mit einer rekordverdächtigen externen Quanteneffizienz von 20,35 % zu erzeugen. Zudem sollen diese OLEDs eine hohe Leuchtdichte von 5000 Candela pro Quadratmeter (cd/m2) erreichen. Das wahrnehmbare Blau hat auf der Normfarbtafel der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) die Koordinaten 0,157/0,076. Bräse ist überzeugt: „Die leichte Synthese des Moleküls und die einfache Herstellung der Bauelemente bereiten den Weg für eine neue Generation effizienter und langlebiger tiefblauer OLEDs.“ Durchgeführt wurde die Forschung am Institut für Organische Chemie (IOC) sowie am Institut für Biologische und Chemische Systeme – Funktionelle molekulare Systeme (IBCS-FMS) des KIT zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der Shanghai-Universität.
Originalpublikation
[Zhen Zhang, Dehai Dou, Rongrong Xia, Peng Wu, Eduard Spuling, Ke Wang, Jin Cao, Bin Wei, Xifeng Li, Jianhua Zhang, Stefan Bräse, and Zixing Wang: Efficient deep-blue luminescence based on dual-channel intra/intermolecular exciplexes. Science Advances, 2023. DOI: 10.1126/sciadv.adf4060]
Quelle: www.kit.edu
Bild: Markus Breig, KIT
