OLED-Emitter Erster kommerzieller blauer OLED-Emitter noch in diesem Jahr?

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Rote und grüne OLED-Emitter haben eine Effizienz von fast 100 Prozent erreicht. Anders sieht es bei den blauen Emitter aus. Die Entwicklungen sind komplex. Ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik.

Der Wirkungsgrad der derzeit fortschrittlichsten roten und grünen OLED-Emitter liegt bei nahezu 100 Prozent interner Quanteneffizienz (IQE). Das bedeutet, dass die Effizienz dieser Emitter selbst kaum noch gesteigert werden kann. Ein wichtiger Aspekt bleibt jedoch die Effizienz der Lichtauskopplung aus dem Bauelement. Anders sieht es bei blauen OLED-Emittern aus: Die Effizienz liegt derzeit bei etwa 25 Prozent, das heißt, drei Viertel der Energie bleiben ungenutzt. Eine Verbesserung auf 100 Prozent IQE bei blauen Emittern könnte die Gesamteffizienz eines Displays um 20 bis 30 Prozent steigern.

Für einen OLED-Emitter gibt es fünf Punkte, die wichtige Leistungsmerkmale widerspiegeln: hohe Quantenausbeute, präzise Farbwiedergabe, lange Lebensdauer, gewünschte Farbreinheit und Helligkeit, kostengünstige und skalierbare Herstellung.

Bessere blaue Emitter entwickeln

Das Erreichen dieser Kriterien, insbesondere für blaue Emitter, ist eine komplexe Herausforderung. Nicht nur die Emitterschicht, sondern der gesamte OLED-Materialstapel muss optimiert werden. Dazu gehören auch die Trägermaterialien, die Elektronentransportschichten (ETL), die Elektroneneinwegschichten (EIL), die Lochinjektionsschichten (HIL) und andere Schichten.

Um einen besseren blauen Emitter zu erhalten, gibt es derzeit zwei Hauptstrategien. Die erste ist die Phosphoreszenzemission (Gen-2). Dabei werden Schwermetallkomplexe verwendet, um Triplett-Exzitonen zu nutzen, was potenziell eine IQE von nahezu 100 Prozent ermöglicht. Die zweite ist die thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF)/Hyperfluoreszenz (HF) (Gen-3 / Gen-4). Diese nutzt organische Moleküle zur Umwandlung von Triplett- in Singulett-Exzitonen, was eine hohe Effizienz ohne Schwermetalle verspricht.

Welche Entwicklungen es im Detail gibt

Universal Display Corporation (UDC) plant, bis Ende 2024 den ersten kommerziellen blauen Phosphoreszenz-Emitter auf den Markt zu bringen. Die ersten Modelle könnten jedoch eine begrenzte Lebensdauer haben. Das Unternehmen spricht hier von etwa 50 Prozent der aktuellen blauen Emitter, was eine schnelle Verbreitung einschränken könnte.

Sollte UDC das Material tatsächlich bis Ende des Jahres auf den Markt bringen, könnten die ersten kommerziellen Displays mit reinen PHOLED-OLEDs bereits 2025 verfügbar sein. Die etablierte Kundenbasis von UDC bei AMOLED-Herstellern könnte eine schnelle Einführung begünstigen.

Das japanische Unternehmen Kyulux erzielt Fortschritte bei der Entwicklung von Hyperfluoreszenz-Emittern der vierten Generation und plant, bis 2025 einen kommerziellen blauen Emitter auf den Markt zu bringen. Diese Emitter bieten eine hohe Effizienz und ein schmales Emissionsspektrum, was ihnen Vorteile gegenüber PHOLED-Emittern verschaffen könnte.

Die beiden Unternehmen beeOLED und Noctiluca entwickeln neuartige Materialplattformen für blaue Emitter und benötigen voraussichtlich noch drei bis fünf Jahre bis zur Marktreife. Es wird geschätzt, dass für die Entwicklung und Kommerzialisierung eines neuen OLED-Emitters mindestens 100 Mio. US-Dollar benötigt werden, vorausgesetzt, die Forschung und Entwicklung ist erfolgreich. Es handelt sich um ein komplexes und kostspieliges Unterfangen, das erstklassige F&E- und Chemiekapazitäten, die Fähigkeit zur Herstellung einer großen Anzahl vollständiger Gerätemuster und eine starke Geschäftsentwicklung erfordert.

Weltweite Forschung an blauen OLED-Emittern

Weltweit wird an blauen OLED-Emittern geforscht. Im Juni 2024 haben beispielsweise Forscher der Universität Manchester, der Universität Cambridge und der Universität Ostfinnland unter der Leitung von Dr. Alexander Romanov ein neues tiefblaues Carben-Metall-Amid (CMA)-OLED-Emittermaterial mit vielversprechender Lebensdauer entwickelt.

Forscher aus dem Vereinigten Königreich und China haben ein neuartiges blaues OLED-Emitterdesign auf der Grundlage von 5Cz-BO-Molekülen entwickelt haben, das eine hocheffiziente Emission mit einem engen Emissionsspektrum bietet. Das sind vielversprechende Ergebnisse – aber sie befinden sich noch in einem sehr frühen Stadium.

Kann künstliche Intelligenz helfen?

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden zunehmend eingesetzt, um die Entdeckung neuer OLED-Materialien zu beschleunigen und ihre Leistung vorherzusagen. Diese Technologien sind vielversprechend, aber die tatsächliche Kommerzialisierung eines effizienten blauen Emitters steht noch aus.

Die Entwicklung eines hocheffizienten blauen OLED-Emitters bleibt eine der größten technischen Herausforderungen und gleichzeitig eine potenziell lukrative Möglichkeit für die Displayentwicklung. Unternehmen wie UDC und Kyulux führen diese Bemühungen an, unterstützt von aufstrebenden Start-ups und der akademischen Forschung. Die Kommerzialisierung eines geeigneten blauen OLED-Emitters wird nicht nur die Effizienz von Displays revolutionieren, sondern den führenden Entwicklern auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. (heh)

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