Organische Leuchtdioden werden heller und stabiler – Ultrastabile Gläser verbessern die Bauteileigen­schaften

Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind mittlerweile weit genug entwickelt, um erste kommerzielle Produkte erfolgreich im Markt zu etablieren. Um weitere Marktsegmente zu erschließen und insbesondere neue Anwendungsmöglichkeiten (Beleuchtung im Automotiv-Bereich, Mikrodisplays, Head-mounted-Displays, etc.) zu ermöglichen, muss die OLED Technologie in Hinblick auf deren Langzeitstabilität weiterhin verbessert und gleichzeitig die Lichtausbeute maximiert werden. Momentan erreicht man den intrinsischen Fortschritt in der Leistungsfähigkeit einzig durch kontinuierliche Materialentwicklung.

Wissenschaftler der Universitat Autònoma de Barcelona und der Technischen Universität Dresden stellen jetzt eine Möglichkeit vor, die Leistungsfähigkeit von OLEDs durch die Formation sogenannter ultrastabiler Glase zu verbessern. In ihrer gemeinsamen Veröffentlichung in dem Journal „Science Advances“ mit dem Titel „High-performance organic light-emitting diodes comprising ultrastable glass layers“ zeigen die Autoren in einer detaillierten Studie, dass sowohl Effizienz als auch Betriebsstabilität für vier verschiedene phosphoreszierende Emitter deutlich erhöht werden konnten (im Mittel > 15% für beide Parameter und alle Materialien). Um diese Ergebnisse zu ermöglichen, wurden die Emissionsschichten als ultrastabile Glase hergestellt. Hierbei handelt es sich um eine Wachstumsbedingung, bei der die thermodynamisch stabilsten amorphen Festkörper entstehen.

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Diese Entdeckung ist insbesondere so bedeutsam, da dieses Konzept weder von einer Weiterentwicklung von Materialien noch einer Optimierung der Bauteilarchitektur Gebrauch macht. Beide genannten sind die konventionellen Ansatzpunkte für Leistungsverbesserungen. Das vorgestellte Konzept kann universell in jedem spezifischen OLED-Schichtstapel untersucht und optimiert werden, was durch die OLED-Industrie gleichermaßen begrüßt werden wird. Insbesondere kann die Entwicklung von TADF Emittern (TADF, engl.: thermally activated delayed fluorescence), welche momentan sehr große Aufmerksamkeit genießt, durch diesen Ansatz weiter vorangetrieben werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die positiven Veränderungen durch das Herstellen von ultrastabilen Glasen, welche durch die Wissenschaftler auf Prozesse auf der Nanometerskala zurückgeführt werden konnte, auch auf andere grundlegende physikalische Eigenschaften (z.B. Transport, Ladungsseparation, Energietransfer) übertragen werden können.

Die Forschung, die zu diesen Resultaten geführt hat, wurde zum Teil in einem Projekt „Modelling stability of organic phosphorescent light-emitting diodes (MOSTOPHOS)“ durchgeführt, welches durch die Europäische Union gefördert wurde (EU Horizon 2020 research and innovation programme, grant agreement no. 646259). Momentan wird dieses Konzept gemeinsam mit der cynora GmbH – ein MOSTOPHOS Partner und eine weltführende Firma in der Entwicklung von TADF Emittern – getestet.

Veröffentlichung: J. Ràfols-Ribé, P.-A. Will, C. Hänisch, M. González-Silveira, S. Lenk, J. Rodríguez-Viejo, S. Reineke, High-performance organic light-emitting diodes comprising ultrastable glass layers. Sci. Adv. 4, eaar8332 (2018).

Über die Group of Nanomaterials and Microsystems (GNaM): Die GNaM Gruppe ist Teil der Fachrichtung Physik der Universitat Autònoma de Barcelona und wird von Prof. Javier Rodríguez-Viejo geleitet. Die Gruppe hat ihre Kernexpertise in dem Wachstum und der Charakterisierung stabiler organischer Glase, insbesondere in Hinblick auf deren thermische, thermodynamische und Transporteigenschaften. Auf Grund der besonderen Eigenschaften wie z.B. deren höhere Dichte, bessere kinetische und thermodynamische Stabilität und höhere Elastitizätsmodule, bilden stabile Glase momentan den zentralen Punkt des Forschungsfeldes der Glas-formenden Systeme und somit einen Rahmen, den Glas-Zustand besser zu verstehen und neue Anwendungen zu erschließen. Die GNaM Gruppe entwickelt auch neue Methoden, um die thermoelektrischen Eigenschaften von niederdimensionalen und ungeordneten Festkörpern zu charakterisieren. Diese Aktivitäten haben zu einer Ausgründung, FutureSisens, geführt, welche die Kommerzialisierung von Si-basierten thermoelektrischen Sensoren verfolgt.

Über die Light-Emitting and eXcitonic Organic Semiconductor (LEXOS) Gruppe: Die LEXOS Gruppe ist Teil des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) und des Instituts für Angewandte Physik der Technischen Universität Dresden und wird von Prof. Sebastian Reineke geleitet. Die LEXOS Gruppe hat langzeitige Expertise in Forschung und Entwicklung von Organischen Leuchtdioden (OLEDs). Die momentanen Forschungsaktivitäten auf diesem OLED Gebiet umfassen Bauteil-Stapelentwicklung, Bauteil-Optik, Ladungsträgertransport- und Rekombinationsstudien, Untersuchungen zur Langzeitstabilität, Materialentwicklung (Dotier- und Emittermateralien) und Bauteilintegration. Ein zweiter Forschungsfokus der LEXOS Gruppe ist die Untersuchung von exzitonischen und lumineszierenden Systemen auf Basis organischer und organisch-hybrider Materialien. Die Gruppe hat eine starke Expertise in der optischen Spektroskopie solcher Systeme. Ein momentanes Bespiel ist die Erforschung organischer Bilumineszenz, bei der die Luminophore sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz bei Raumtemperatur zeigen.

Kontakt für Journalisten
Prof. Sebastian Reineke
Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP)
Tel: +49(0)351 463-38686