Neue Materialien steigern Lichtausbeute für organische Leuchtdioden

Fukuoka (Japan) – Brillante und rollbare Displays oder leuchtende Tapeten und Vorhänge: Organische Leuchtdioden (OLED) haben ein großes Potenzial für zukünftige Lichtquellen mit geringem Strombedarf. Doch bisher wird eine hohe Effizienz heller OLED mit dem Einsatz giftiger Schwermetallen erkauft. Diesen Nachteil auf dem Weg der organischen Leuchtdiode zur alltäglichen Lichtquelle konnten Wissenschaftler nun ausräumen. Wie sie in der Zeitschrift „Nature“ berichten, gelang ihnen die Fertigung von lichtaktiven Farbstoffen, für deren Synthese vollständig auf Schwermetalle verzichtet werden konnte.

Für die neuartigen OLED deponierten Chiahaya Adachi und seine Kollegen von der Kyushu University in Fukuoka lichtaktive, organische Molekülkomplexe auf hochreinen Flächen aus Quartz und Silizium. Zum Leuchten wurden diese Flächen bisher noch mit einem Ultraviolettlaser angeregt. Dabei zeigte sich, dass die verwendeten Materialien bis zu 90 Prozent der verfügbaren Energie in sichtbares Fluoreszenzlicht umwandeln konnten. Verantwortlich für die hohe Effizienz waren die speziellen elektronischen Übergänge in den neuen Substanzen. Die neuen Materialien erlaubten ein Anheben von Triplettzuständen (T1) auf das Niveau von Singlettzuständen, über die leichter sichtbare Lichtteilchen erzeugt werden konnten.

Die bislang von Adachi entwickelten organischen Moleküle, Verbindungen auf Basis von Fluorobenzol und Cyanobenzol, eignen sich für ein breites Farbspektrum von Orange bis Himmelblau. Damit ließen sich prinzipiell auch Leuchten für weißes Licht konstruieren. In weiteren Schritten gilt es nun, aus diesen lichtaktiven Substanzen erste OLED-Prototypen zu fertigen, die nicht mehr mit einem Laser, sondern mit elektrischen Spannungen zur Lichtemission angeregt werden können. Parallel müssen die leuchtenden Moleküle auf ihre Haltbarkeit getestet werden. Denn erst ab einer Lebensdauer von mindestens tausend Betriebsstunden werden OLED für markttaugliche Flächenleuchten interessant.

Heute werden erste OLED für die Hintergrundbeleuchtung von Smartphonedisplays eingesetzt. Doch im Unterschied zu den als Punktstrahler etablierten normalen Leuchtdioden können OLED prinzipiell auch für große Flächen eingesetzt werden. Da parallel flexible Trägermaterialien entwickelt werden, sind in einigen Jahren leuchtende Tapeten oder Vorhänge vorstellbar, die dank neuer lichtaktiver Substanzen zwar nicht ungiftig, doch zumindest ohne Schwermetalle wie beispielsweise Iridium auskommen könnten.