Display-Fertigung Blaue OLED erreicht eine Effizienz von 36,7 Prozent

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Südkoreanische Forscher haben ein neues blaues Emittermaterial für OLEDs entwickelt, das bisherige Effizienzgrenzen deutlich übertrifft. Mithilfe eines neuen Platin-Komplexes und einer optimierten molekularen Ausrichtung ist eine kostengünstige Inkjet-Massenfertigung von hochauflösenden OLED-Displays möglich.

Die Display-Industrie arbeitet intensiv daran, den kostenintensiven Vakuum-Aufdampfprozess (Vacuum Thermal Evaporation, VTE) durch flüssige Beschichtungsverfahren wie den Inkjet-Druck zu ersetzen. Während rote und grüne Emittermaterialien im Lösungsprozess bereits industrietaugliche Ergebnisse erzielen, galten blaue Emitter aufgrund geringer Effizienz und unzureichender Lebensdauer bislang als limitierender Faktor. Ein Forschungsteam der Inha University (geleitet von Prof. Jeong-hwan Lee) und der Pusan National University (geleitet von Prof. Seong-ho Jin) hat sich nun genau dieses materialtechnischen Engpasses angenommen.

Rekordwerte bei Effizienz und Farbreinheit

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Materials Today berichten, erreicht das neu entwickelte Bauteil eine Quanteneffizienz (EQE) von 36,7 Prozent. Das ist der bislang höchste gemeldete Wert für eine lösliche blaue OLED. Auch die optischen Parameter erfüllen industrielle High-End-Anforderungen. So emittiert das Bauteil ein tiefes Blau mit einem CIE-y-Farbkoordinatenwert von 0,122 und die Halbwertsbreite (FWHM) der Emission fällt mit 19 nm extrem schmal aus. Dadurch eignet sich die Diode für den Einsatz in Displays, die den strengen Rec.2020-Standard für Ultra-HD-Bildschirme erfüllen müssen.

Verbesserte Lichtauskopplung

Technologisch basiert der Durchbruch auf zwei wesentlichen Maßnahmen in der Materialwissenschaft. Zum einen synthetisierten die Forscher den blauen phosphoreszierenden Emitter PtON-QBn, einen neuartigen Platin(II)-Komplex. Dieser verkürzt die Exzitonen-Lebensdauer im angeregten Zustand auf etwa eine Mikrosekunde. Das beschleunigt den Energietransfer und reduziert das sogenannte Efficiency Roll-off bei hohen Leuchtdichten.

Zum anderen optimierten die Entwickler die Lichtauskopplung (Outcoupling) des Bauteils. Durch den Einsatz einer speziellen Polyvinylcarbazol-Schicht (PVK) als Templat direkt unter dem Emitter ließ sich die molekulare Ausrichtung gezielt steuern. Die horizontale Orientierung der Dipole stieg im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten von 61 auf 78 Prozent. Dadurch wird signifikant mehr Licht frontal aus dem Display ausgekoppelt und geht nicht durch Wellenleitereffekte (Waveguide Losses) im Schichtaufbau verloren.

Halogenfreie Lösungsmittel

Ein weiterer kritischer Aspekt für die Skalierbarkeit in der industriellen Produktion ist die Prozesstechnik. Das Forschungsteam verzichtete vollständig auf toxische, halogenhaltige Lösungsmittel, die bei löslichen OLED-Tinten bisher oft notwendig waren. Stattdessen kam ein umweltfreundliches, halogenfreies Lösungsmittel zum Einsatz, was die zukünftigen Anforderungen an den Arbeits- und Umweltschutz in der Fabrikationsumgebung (Fab) deutlich vereinfacht.

Angesichts der aktuellen Milliarden-Investitionen von Display-Herstellern in den Hochlauf der Inkjet-OLED-Fertigung, die vor allem für die Bereiche IT, Automotive und TV relevant ist, liefert die Forschung damit eine wichtige technologische Grundlage, um die Produktionskosten für großformatige und hochauflösende OLED-Panels künftig spürbar zu senken. (heh)

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