Wann schafft die OLED-Technologie den Durchbruch?

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Ein weiteres großes Problem bei der Flüssigprozessierung ist die unerwünschte Durchmischung der Schichten in der OLED. Oft führt die nasschemische Beschichtung zu einer Anlösung der untenliegenden Schichten. Die Schichtgrenzen werden so verwaschen, wodurch sich insbesondere im Langzeitbetrieb die Eigenschaften der Bauteile verändern. In geringerem Umfang tritt dieses Problem auch bei der Vakuumprozessierung auf, da hier durch Diffusionsprozesse eine langsame Durchmischung der optimaler weise sauber getrennten Schichten erfolgt. Diese Effekte können durch Vernetzungskonzepte, bei denen jede funktionelle Schicht nach der Aufbringung unlöslich gemacht wird, weitestgehend unterdrückt werden. [7,8] Durch die Vernetzung erfolgt eine Stabilisierung der Schichten, was durch Bestrahlung mit UV-Licht, chemische Additive oder Erwärmen erreicht werden kann.

Weitere Entwicklungsarbeit ist hier nötig, da sich ein Standardverfahren noch nicht heraus kristallisiert hat. Pioniere auf diesem Gebiet sind oft kleinere Unternehmen wie Novaled oder cynora. Ein Hauptaspekt der Forschung dieses Unternehmens besteht beispielsweise in der Stabilisierung von Mehrschicht-OLEDs. Dazu wurde ein modulares System an Leuchtstoffen entwickelt und patentiert, sodass sich einerseits die Löslichkeit auf beliebige Lösungsmittel einstellen lässt und andererseits verschiedene Vernetzungskonzepte angewendet werden können.

Welche Materialien in den OLEDs zum Einsatz kommen

Nachdem die OLED im Markt eingeführt wurde, haben sich die Ziele der Forschung und Entwicklung verschoben. Grundlegende Erkenntnisse über die Herstellung von Materialien mit niedriger Einschaltspannung und hoher Effizienz und Bauteillebensdauer führten zur Einführung von Schwermetallkomplexen als Leuchtstoffe. Hier spielen Elemente wie Iridium, Platin und Osmium eine wichtige Rolle.

Angesichts der angespannten Lage auf den Rohstoffmärkten und von Quasimonopolen insbesondere bei seltenen Metallen geht der Trend hin zu besser verfügbaren, preiswerten Verbindungen. Iridium kommt nur in kleinsten Spuren in der Erdkruste vor und ist bei Gewinnung und Aufreinigung teuer. Insbesondere bei großflächigen OLEDs, die bei einem entsprechend niedrigen Stückpreis auch als Werbemittel oder bei intelligenten Verpackungen (Smart Packaging) eingesetzt werden könnten, muss der Preis für Materialien und Verarbeitung deutlich gesenkt werden. Denkbar sind niedrigpreisige Materialien, die in Flüssigprozessierungsverfahren verarbeitet werden könnten.

Vielversprechende neue Leuchtstoffe für OLEDs enthalten nicht mehr das teure Iridium, sondern häufig vorkommende Metalle wie Kupfer, dessen chemische Verbindungen sich zusätzlich durch besonders effiziente photophysikalische Eigenschaften auszeichnen. Kupfer ist ein gut verfügbarer, preiswerter Rohstoff und somit bestens für eine mögliche Anwendung in massenmarkt-kompatiblen Produkten denkbar. Durch sogenanntes „Singulett Harvesting“ lassen sich mit Kupferverbindungen besonders effiziente OLEDs bauen. Aufgrund ihrer photophysikalischen Eigenschaften können innere Quantenausbeuten von 100% erzielt werden. Dies bedeutet dass jedes einzelne Ladungsträgerpaar, das durch den elektrischen Strom im Bauteil erzeugt wurde, auch zur Erzeugung von Licht führt.

Außerdem lassen sich mit einem einfachen modularen System Kupferleuchtstoffe mit verschiedensten Eigenschaften (Löslichkeit, Vernetzbarkeit, Leuchtfarbe) herstellen. [9] (Bild 3) Rot- und grünleuchtende Materialien sind mit Kupferverbindungen leicht darstellbar; selbst sonst eher schwer realisierbare, blaue Leuchtstoffe wurden mit Kupferkomplexen bereits gemeistert. Aufgrund dieser einfachen Modifizierbarkeit eignen sich Kupferverbindungen sehr gut für eine Flüssigprozessierung.

Literaturverzeichnis

[1] http://www.oled-info.com/samsung-postpones-flexible-oled-production-2012-will-increase-glass-based-oleds-instead, January 2013.

[2] http://www.techradar.com/news/phone-and-communications/mobile-phones/why-the-iphone-5-doesnt-have-an-amoled-screen-1099642, January 2013.

[3] Adachi, C. Tsutsui, T. Siato, S. (1989). Organic electroluminescent device having a hole conductor as an emitting layer. Applied Physical Letters, 55, 1489.

[4] Arias, A. C., MacKenzie, J. D., McCulloch, I., Rivnay, J., Salleo, A. (2010).Materials and Applications for Large Area Electronics: Solution-Based Approaches. Chemical Reviews, 110, 3.

[5] Duan, L., Hou, L., Lee, T.-W., Qiao, J., Zhang, D., Dong, G., Wang, L., Qiu, Y. (2010). Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. Journal of Materials Chemistry, 20, 6392.

[6] Zhong, C., Duan, C., Huang, F., Wu, H., Cao, Y. (2011). Materials and Devices toward Fully Solution Processable Organic Light-Emitting Diodes. Chemistry of Materials, 23, 326.

[7] Zuniga, C. A., Barlow, S., Marder, S. R. (2011). Approaches to Solution-Processed Multilayer Organic Light-Emitting Diodes Based on Cross-Linking. Chemistry of Materials, 23, 658.

[8] Volz, D., Baumann, T., Flügge, H., Mydlak, M., Grab, T., Bächle, M., Barner-Kowollik, C., et al. (2012). Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. Journal of Materials Chemistry, 22(38), 20786. doi:10.1039/c2jm33291d

[9] Zink, D. M., Bächle, M., Baumann, T., Nieger, M., Kühn, M., Wang, C., Klopper, W., et al. (2012). Synthesis, Structure, and Characterization of Dinuclear Copper(I) Halide Complexes with P^N Ligands Featuring Exciting Photoluminescence Properties. Inorganic chemistry, (I). doi:10.1021/ic300979c

[10] Bildquelle: K. Peters, L. Wengeler, M. Schmitt, P. Scharfer, W. Schabel, Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Bereich Thin Film Technology, Karlsruher Institut für Technologie, 2003.

* Die Autoren gehören zu cynora, einem deutschen F&E-Unternehmen, das neuartige organische Halbleiter erforscht, mit Sitz in Eggenstein-Leopoldshafen.

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Organische Leuchtdioden

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