OLED-Displays Mehr Farbbrillanz ohne Einbußen bei der Energieeffizienz

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Durch die starke Kopplung von Licht und Materie können OLED-Displays eine höhere Farbbrillanz erreichen. Das Besondere: Sie ist völlig unabhängig vom Betrachtungswinkel. Die Effizienz des OLED-Displays wird nicht beeinträchtigt.

OLED-Displays für Smartphones, Computer oder Fernseher: Forscher der Universität zu Köln und der schottischen University of St Andrews zeigen in einer Studie, wie ein grundlegendes physikalisches Konzept genutzt werden kann, um brillantere Farben zu erzeugen, ohne dabei an Energieeffizienz einzubüßen.

Die organischen Moleküle, aus denen OLEDs hergestellt werden, weisen von Natur aus breite Emissionsspektren auf. Diese Eigenschaft schränkt den verfügbaren Farbraum und die Farbsättigung für hochwertige Displays ein. Durch Farbfilter oder optische Resonatoren können die Emissionsspektren von OLEDs künstlich verschmälert werden, um dieses Problem zu umgehen. Das geht jedoch entweder auf Kosten der Effizienz oder führt zu einer starken Abhängigkeit der wahrgenommenen Farbe vom Betrachtungswinkel.

Die starke Kopplung von Licht und Materie

Ein grundlegendes wissenschaftliches Prinzip kann genutzt werden, um die Emissionsspektren von OLEDs zu verändern. Durch die starke Kopplung von Licht und Materie ändert sich die Farbe der OLED nicht, selbst wenn man den Betrachtungswinkel ändert. Bringt man Photonen (Licht) und Exzitonen (Materie) mit ausreichend starker Wechselwirkung zusammen, koppeln sie so stark, dass sogenannte Exzitonen-Polaritonen entstehen.

Das Prinzip ist vergleichbar mit zwei gekoppelten Pendeln, zwischen denen Energie übertragen wird. Allerdings sind hier Licht und Materie miteinander gekoppelt und tauschen ständig Energie aus. Diese Polaritonen senden schließlich wieder Licht aus. Durch die Einbettung des gesamten OLED-Schichtstapels zwischen dünnen Spiegeln aus metallischen Materialien, die in der Displayindustrie bereits weit verbreitet sind, kann die Kopplung zwischen Licht und organischem Material deutlich verbessert werden.

Bisher führte eine starke Kopplung in OLEDs jedoch unweigerlich zu einer geringen elektrischen Effizienz. Um dies zu vermeiden, ist eine separate dünne Schicht aus stark lichtabsorbierenden Molekülen notwendig. Diese werden bereits in organischen Solarzellen eingesetzt, jedoch nicht in OLEDs. Die zusätzliche Schicht maximiert den Effekt der starken Kopplung, ohne die Effizienz der lichtemittierenden Moleküle in der OLED wesentlich zu verringern.

Geringere Winkelabhängigkeit und der Farbeindruck

„Durch die Erzeugung von Polaritonen können wir einige der vorteilhaften Eigenschaften von Materie auf unsere OLEDs übertragen – unter anderem ihre deutlich geringere Winkelabhängigkeit, so dass der Farbeindruck eines Displays aus jeder Perspektive gleich gut bleibt“, sagt Dr. Andreas Mischok, Erstautor der Studie.

Zwar gab es in der Vergangenheit bereits Berichte über OLEDs auf der Basis von Polaritonen, sie zeigten jedoch eine sehr geringe Effizienz und Helligkeit, was eine Anwendung in der Praxis verhinderte und sie zu einem Kuriosum der Grundlagenforschung machte. Mit der neuen Strategie ist es dem Team nun erstmals gelungen, Polariton-basierte OLEDs mit anwendungsrelevanter Effizienz und Helligkeit zu realisieren.

Die bedarfsgerechte und effiziente Erzeugung einer großen Anzahl von Polaritonen ist nicht nur für die nächste Generation von Displays relevant, sondern kann auch für eine Vielzahl von Anwendungen von Lasern bis hin zum Quantencomputing genutzt werden.

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