Mikrogitter erhöhen Lichtausbeute von OLEDs

In den Displays vieler Smartphones strahlen flache organische Leuchtdioden – kurz OLED genannt. Die Lichtquellen wandeln elektrischen Strom sehr effizient in Licht um. Doch nur etwa ein Fünftel der erzeugten Lichtteilchen wird tatsächlich auf der Vorderseite sichtbar. Mit filigran strukturierten Mikrogittern gelang es Forschern, die Lichtausbeute weißer OLEDs um bis zu 50 Prozent zu erhöhen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichten, könnte ihre relativ einfache und günstige Methode zu signifikant helleren organischen Leuchtdioden führen. Damit steigen die Chancen, dass die flachen Lichtquellen zunehmend auch für die Raumbeleuchtung eingesetzt werden.

Mehr Licht aus organischen Leuchtdioden (OLED)

„Jedes Elektron erzeugt in einer OLED ein Lichtteilchen. Aber es ist eine große Herausforderung, dieses Licht auch für den Betrachter sichtbar zu machen“, sagt Steve Forrest von der University of Michigan in Ann Arbor. Ein Großteil der erzeugten Lichtteilchen geht bisher über Totalreflexionen verloren oder wird innerhalb der OLED wieder absorbiert. Forrest und Kollegen brachten ein Mikrogitter zwischen dem Trägermaterial und der durchsichtigen Anode der OLED an und konnten das Problem damit teilweise beseitigen.

Computersimulationen lieferten den Bauplan für die Mikrogitter. Aufgabe des Gitters war, die bisher ungenutzten Lichtteilchen so zu streuen, dass sie aus der OLED austreten und für den Betrachter sichtbar werden konnten. Danach fertigten die Forscher mit lithografischen Verfahren eine nur 160 millionstel Millimeter (Nanometer) dünne Schicht mit einer Gitterstruktur aus Titandioxid und Glas. Diese Materialien wurden gewählt, weil sie einfallendes Licht sehr unterschiedlich brechen. Dank dieser Unterschiede im Brechungsindex – 1,5 für Glas und 2,2 für Titandioxid – ließ sich die Streuung der erzeugten Lichtteilchen verstärken und die Lichtausbeute der OLED erhöhen.

Zusätzlich zum Mikrogitter integrierten die Forscher in der OLED eine dickere Schicht für den Transport der Elektronen. Dadurch wurden die lichtführenden Schichten vom Rest der OLED besser entkoppelt und so die Strahlungsverluste durch Absorption reduziert. Vergleichende Messungen zeigten, dass mit diesen beiden Maßnahmen – Mikrogitter und Entkopplungsschicht – die Lichtausbeute um bis zu 50 Prozent erhöht werden konnte. Einen negativen Einfluss auf die lichterzeugenden Schichten in der OLED konnten die Forscher nicht feststellen. Sie hoffen nun, dass ihre Methode von OLED-Entwicklern aufgegriffen wird.