Langlebige blaue Emitter verlängern die OLED-Lebensdauer
Weiße OLED sorgen für eine neue Generation klarer, dünner und effizienter Paneele, die Licht abstrahlen, das im Vergleich mit fluoreszierenden Lichtquellen heller, gleichmäßiger und energieffizienter ist. Im Allgemeinen werden weiße OLED produziert, indem drei Farben phosphoreszierender Materialien (blau. grün und rot) kombiniert werden, Bis heute stellte es sich jedoch als schwierig heraus, ein stabiles und hocheffizientes, blaues Licht emittierendes Material herzustellen. Um weiße OLED herzustellen, die frei von Metallen der seltenen Erden sind, haben sich die Forscher, die am EU-finanzierten Projekt PHEBE arbeiten, auf einen Prozess konzentriert, der als thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz bekannt ist. Im Rahmen ihrer bahnbrechenden Forschung entdeckten sie innovative blaue Emitter, die günstiger und besser für die Umwelt sind. Die Herausforderung bezüglich der Haltbarkeit direkt angehen Zurzeit ist die kurze Haltbarkeit der blauen Emitter ein großes Problem, das verhindert, dass phosphoreszierende OLED in kommerziellen Beleuchtungsanwendungen zum Einsatz kommen. Phosphoreszierende OLED werden aus einem Trägermaterial (üblicherweise ein Polymer) hergestellt, auf das ein organometallischer Komplex auf der Basis von Metallen der seltenen Erden, wie zum Beispiel Iridium, als Dotiermittel aufgetragen wird. „Bis heute wurde davon ausgegangen, dass die Lebensdauer von OLED unabhängig vom Trägermaterial sei. Die Identifikation und der Entwurf geeigneter Kombinationen eines lichtemittierenden Materials und eines Trägermaterials wurde als Schlüssel erkannt, die Lebensdauer von OLED zu erhöhen“, bemerkt Projektkoordinator Giles Brandon. Die sorgfältige Auswahl des für den Emitter verwendeten organischen Materials ist ein weiterer bedeutender Faktor, der ermöglichen sollte, dass OLED einen großen Anteil der Beleuchtungsmärkte gewinnen können. „Unsere Forschung hat gezeigt, dass es von größter Bedeutung ist, extrem reines organisches Material mit einer Reinheit von 99,9 % für die Emitter zu verwenden, um ihre Lebensdauer zu optimieren. Dies erfordert eine sorgfältige Abwägung des Synthesepfads für die Produktion des organischen Materials“, fügt Brandon hinzu. Erforschung der Photophysik, die der thermisch aktivierten verzögerten Fluoreszenz zugrunde liegt Im Allgemeinen wird die Quanteneffizienz von OLED wesentlich von der Tatsache beeinflusst, dass der Strahlungszerfall vom metastabilen Triplett-Zustand in den Singulett-Grundzustand verboten ist. Wenn fluoreszierende statt phosphoreszierende Materialien verwendet werden, entfernt sich die thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz von diesem Problem und ermöglicht die Herstellung hocheffizienter blauer Emitter. Moleküle, die diesen Mechanismus aufweisen, werden so konzipiert, dass die Energiedifferenz zwischen dem angeregten Singulett-Zustand und dem metastabilen Triplett-Zustand viel kleiner als in typischen organischen Molekülen ist. Diese kleine Energielücke ermöglicht, dass umgekehrtes Intersystem-Crossing (RISC) eintritt. PHEBE-Forscher hielten es für sehr wichtig, die Faktoren zu ermitteln, die die RISC-Rate in Emittern thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz beeinflussen, um die Effizienz von OLED zu verbessern. Die generierten Ergebnisse verbessern das Verständnis der Photophysik hinter thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz fundamental, da sie sich auf ein Dreizustands- statt auf ein Zweizustandsmodell konzentrieren. Das neue Modell zeigt, dass Spin-Bahn-Kopplung zwischen den niedrigsten Singulett- und Triplett-Zuständen durch einen dritten Triplett-Zustand vermittelt wird. Dieser spinvibronische Kopplungsmechanismus erhöht die RISC-Raten. Insbesondere hat die Forschung an intramolekularen Ladungsübertragungssystemen und intermolekularen Exciplex-Ladungsübertragungssystemen, die thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz ermöglichen, vielversprechende Verbesserungen im Bereich der Energiewirksamkeit aufgezeigt. „Unser hocheffizienter thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz-OLED-Blau-Emitter erreicht rund 18 % externe Quanteneffizienz – ähnlich wie die besten phosphoreszierenden Emitter“, bemerkt Projektkoordinator Giles Brandon. Allerdings war die 50-%-Lebensdauer dieser blauen Emitter sehr kurz – nur zwei Stunden. Das Konsortium ist noch ein großes Stück von einem neuen Material entfernt, das kommerziell für OLED-Beleuchtung eingesetzt werden kann. Die Aussichten für die Zukunft sind allerdings gut.
Schlüsselbegriffe
PHEBE, organische lichtemittierende Diode (OLED), thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF), Lebensdauer, Blau-Emitter, umgekehrtes Intersystem-Crossing (RISC), Quanteneffizienz, OLED-Beleuchtung
