In einer neuen Publikation in der Fachzeitschrift "Nature Materials" stellen Forscherinnen und Forscher des Instituts für Angewandte Physik der TU Dresden ein neuartiges Bauelemente-Konzept für hocheffiziente und energiesparende vertikale organische Leuchttransistoren vor. Mit der innovativen Bauteilarchitektur und Herstellungstechnologie ebnet das Team den Weg für eine breite Anwendung von effizienten OLED-Aktiv-Matrix-Displays.

In der Gruppe von Prof. Karl Leo arbeiten Physiker, Materialwissenschaftler und Ingenieure gemeinsam an der Entwicklung neuartiger organischer Materialien und Bauelemente für die leistungsstarke, flexible und möglicherweise sogar biokompatible Elektronik und Optoelektronik der Zukunft. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit organischer Bauelemente ist eine der zentralen Herausforderungen in ihrer Forschung. Erst im letzten Jahr konnte das Team um Dr. Hans Kleemann mit der Entwicklung von effizienten, druckbaren vertikalen organischen Transistoren einen wichtigen Durchbruch vermelden.

Jetzt präsentieren Dr. Zhongbin Wu, Dr. Yuan Liu und Doktorandin Erjuan Guo das erste elektronische Bauelement, das einen vertikalen organischen permeablen Basis-Transistor (OPBT) und eine organische Leuchtdiode (OLED) kombiniert. Mit diesem neuartigen Bauelemente-Konzept eines organischen permeablen Leucht-Basistransistors (engl. Abk. OPB-LET) ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, die Funktion eines hocheffizienten Schalttransistors und einer organischen Leuchtdiode, wie sie üblicherweise in Aktiv-Matrix-Displays eingesetzt werden, zu kombinieren. Aktiv-Matrix-Displays (engl. Abk. AMLCD) sind meist Flüssigkristallbildschirme, die in der Regel eine Matrix aus Dünnschichttransistoren zur Ansteuerung der LCD-Pixel enthalten. Jedes einzelne Pixel hat eine Schaltung mit aktiven Bauteilen (meist Transistoren). In diesem Zusammenhang haben organische Leucht-Transistoren, dreipolige Bauelemente, die einen Dünnfilmtransistor mit einer Leuchtdiode kombinieren, zunehmendes Interesse gefunden. Allerdings bleibt die Steigerung ihrer Effizienz bei gleichzeitig niedriger Betriebsspannung eine zentrale Herausforderung. "Der Schlüssel zur Konstruktion der leistungsstarken OPB-LETs ist die durchlässige Basiselektrode, die sich in der Mitte des Bauelements befindet. Sie bildet eine ausgeprägte optische Mikrokavität und reguliert die Ladungsträgerinjektion und den Transport. Die so konstruierten dreipoligen vertikalen opto-elektronischen Bauelemente können gleichzeitig hohe Wirkungsgrade (bis zu 24,6 %), hohe Leuchtdichten (bis zu 12.513 cd m-2) und niedrige Ansteuerspannungen (<5,0 V) erreichen", erklärt Erjuan Guo.

Die Leistung der OPB-LETs, die in dieser Arbeit demonstriert wird, ist vergleichbar mit modernsten OLEDs und den besten organischen Transistoren. Prof. Karl Leo erklärt: "Wir erwarten, dass dieses neuartige Bauelementprinzip den Weg für hocheffiziente flexible Displays mit einem sehr einfachen Pixeldesign ebnen wird."

Originalpublikation:
Z. Wu, Y. Liu, E. Guo, G. Darbandy, S.-J. Wang, R. Hübner, A. Kloes, H. Kleemann, and K. Leo “Efficient and low-voltage vertical organic permeable base light-emitting transistors”, Nature Materials, DOI: https://dx.doi.org/10.1038/s41563-021-00937-0

Informationen für Journalisten:
Erjuan Guo (English)
wissenschaftliche Mitarbeiterin IAP

Prof. Karl Leo (Deutsch)
Professor für Optoelektronik