Einfach blau

Neues Materialkonzept ermöglicht kostengünstigere Produktion von blauen organischen Leuchtdioden.

Blaue organische Leuchtdioden (OLEDs), die in Smartphones, Fernsehern oder anderen Geräten eingesetzt werden können, sind bislang noch schwierig herzustellen. Ein Forscherteam um Gert-Jan Wetzelaer vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung hat nun ein neues Materialkonzept entwickelt, mit dem blaue OLEDs einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Die Effizienz der entwickelten Leuchtdiode ist bereits vergleichbar mit kommerziell erhältlichen Leuchtdioden, die einen weitaus komplexeren Aufbau haben.

Rot, Grün und Blau: Die drei Grundfarben werden in allen Arten von modernen Displays verwendet, um farbige Bilder zu erzeugen. Bei den heutigen Bildschirmen, die organische Leuchtdioden (OLEDs) verwenden, besteht ein Pixel aus drei einzelnen, mikroskopisch kleinen OLEDs. Ein ganzer Fernsehbildschirm mit etwa 2 Millionen einzelnen Pixeln besteht also 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 von blauen organischen Leuchtdioden eine Herausforderung. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, verwenden moderne organische Leuchtdioden ein mehrschichtiges Materialsystem. Mit dieser Sandwichstruktur, die manchmal bis zu sieben Schichten umfasst, lassen sich Wirkungsgrade des nach außen abgestrahlten Lichts zwischen 20 und 30 % erzielen.

Forschende um Gert-Jan Wetzelaer, Gruppenleiter in der Arbeitsgruppe von Paul Blom am MPI für Polymerforschung, haben nun eine wesentlich einfachere OLED-Struktur entwickelt. Sie konnten zeigen, dass anstelle von 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 Faktor des in dieser einzigen Schicht verwendeten Materials ist die Vermeidung von schädlichen Einflüssen durch Defekte wie Wasser und Sauerstoff.
„Mit unserem Materialsystem könnten in Zukunft auch effiziente blaue OLEDs aus Lösung hergestellt werden“, sagt Gert-Jan Wetzelaer. „Das bedeutet, dass die Herstellung dann nicht mehr über einen mehrstufigen Prozess und komplexe Verdampfungsanlagen erfolgt, sondern solche OLEDs im besten Fall auch gedruckt werden können.“

Mit ihrem neuen Einschicht-OLED-Konzept konnten sie eine interne Quanteneffizienz von 100 % erreichen – das bedeutet, dass die gesamte zugeführte elektrische Energie in Licht umgewandelt wird. 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.
Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse nun in der renommierten Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Gert-Jan Wetzelaer
wetzelaer@mpip-mainz.mpg.de

Originalpublikation:

Sachnik, O.; Li, Y.; Tan, X.; Michels, J. J.; Blom, P.; Wetzelaer, G.-J.: Single-Layer Blue Organic Light-Emitting Diodes With Near-Unity Internal Quantum Efficiency. Advanced Materials 35 (26), 2300574 (2023)
DOI: 10.1002/adma.202300574

https://www.mpip-mainz.mpg.de/874560/PM2023-20?c=595459