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Development of high-performance, hyperfluorescence OLEDs for use in display applications and solid state lighting

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Innovationen bei organischen Leuchtdioden kündigen eine glänzende Zukunft für die Elektronik an

Die Entwicklung eines hocheffizienten blauen organischen Leuchtdiodenmaterials – sowie neue Erkenntnisse in der Verarbeitung – könnten die Herstellung moderner Elektronik grundlegend verändern.

Industrielle Technologien

Organische Leuchtdioden (OLED) haben die moderne Elektronik revolutioniert. Im Gegensatz zu den alten Glühlampen, die Licht erzeugten, indem eine Drahtwendel so lange erhitzt wurde, bis sie glühte (ähnlich wie eine normale Lampe funktioniert), geben organische Leuchtdioden Licht ab, wenn Elektronen durch Dioden driften. Dies ist energieeffizienter und verbraucht viel weniger Platz. Ein bisher noch nicht gelöstes Problem – für das die Elektronikindustrie dringend eine Lösung fordert – sind jedoch hocheffiziente blaue Pixel.

Elektronische Effizienz erzielen

Das Projekt HyperOLED wurde für die Entwicklung eines hocheffizienten blauen organischen Leuchtdiodenmaterials mit erhöhter Lebensdauer ins Leben gerufen. Darüber hinaus sollte im Rahmen des Projekts auch nach neuen Möglichkeiten gesucht werden, die Herstellung organischer Leuchtdioden zu vereinfachen. Ziel war es, den Herstellern von Unterhaltungselektronik und Displays eine effizientere Fertigung ihrer Produkte zu ermöglichen. „Um dies zu erreichen, haben wir zunächst Materialdaten Tausender elektronischer Geräte gesammelt und analysiert“, erklärt HyperOLED-Koordinator Christof Pflumm, leitender Experte für Leistungswerkstoffe bei Merck, Deutschland. Ein wesentliches Ergebnis des Projekts war die erfolgreiche Entwicklung eines hocheffizienten blauen OLED-Materialsystems, das in einen Stapel weißer organischer Leuchtdioden mit einer reduzierten Anzahl von Schichten und einer niedrigen Betriebsspannung integriert ist. „Die in HyperOLED erarbeiteten Verfahren haben gezeigt, dass die Anzahl der Schichten in Stapeln organischer Leuchtdioden reduziert werden könnte“, so Pflumm. „Dadurch könnte Material gespart und die Möglichkeit einer effizienteren Herstellung hochauflösender elektronischer Geräte eröffnet werden.“ Im Zuge dieser Untersuchungen hat das Projekt auch die Bedeutung von Energieübertragungsprozessen und die Grenzen gängiger Messverfahren bei deren Charakterisierung aufgezeigt. So wurde dem Team bewusst, wie weitere Verbesserungen der Energieeffizienz bei organischen Lichtdioden erreicht werden könnten. Es wurden Modelle entwickelt, um Tests darüber zu unterstützen, wie gut Energieverluste in elektronischen Geräten unterdrückt werden könnten. Diese Tests zeigten, wie das molekulare Design fluoreszierender Emitter dahingehend verändert werden könnte, dass Verluste unterdrückt werden.

Die Entwicklung beschleunigen

Alles in allem glaubt Pflumm, dass die Ergebnisse des Projekts einen tiefgreifenden Einfluss auf die Art und Weise haben werden, wie hyperfluoreszierende Geräte in der Zukunft hergestellt werden. So hat die Suche des Projekts nach neuen OLED-Materialien und Methoden zur Leistungsmessung bereits zu neun Patentanmeldungen geführt. „Dieses Projekt hat zahlreiche neue Erkenntnisse und Methoden auf dem Gebiet der hyperfluoreszierenden organischen Leuchtdioden geliefert“, sagt er. „Unsere Ergebnisse werden zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen beitragen und damit die Entwicklung beschleunigen.“ Aufgrund der Neuheit der entwickelten Materialien war es nicht möglich, die Innovationen von HyperOLED direkt in eine Produktionslinie für Mikrodisplays zu integrieren. „Wegen technischer Probleme, die wir feststellen konnten, war es uns nicht möglich, genügend Leistung in Bezug auf Farbpunkt- und Gerätestabilität für die direkte Anwendung in Konsumgütern zu erzielen“, sagt Pflumm. Dennoch wurde erfolgreich ein Arbeitsablauf erstellt, der Beschichtung, Endverarbeitung und Charakterisierung umfasst. Das Projekt hat Entwicklerinnen und Entwicklern sowie Herstellern auch wertvolle Hinweise für strategische Entscheidungen zur weiteren Materialentwicklung gegeben. Die Ergebnisse werden außerdem als Grundlage für die weitere Zusammenarbeit zwischen den Industriepartnern des Projekts dienen. „Ein zentrales Ziel war es, dieses Wissen der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung zu stellen“, so Pflumm. „Dies spiegelt sich in der Anzahl der von uns angefertigten Publikationen wider und auch wenn das Projekt jetzt abgeschlossen ist, geht die Einreichung von Artikeln immer noch weiter.“

Schlüsselbegriffe

HyperOLED, OLED, organische Leuchtdioden, hyperfluoreszierend, elektronisch, Dioden, Elektronen

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