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OLED in Displays effizienter machen

Mehr Licht mittels orientierter Farbstoffmoleküle

30. Mai 2016, 9:12 Uhr | Tobias D. Schmidt, Thomas Lampe, Wolfgang Brütting

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Molekülorientierung ist entscheidend für Effizienz

Für die quantitative Beschreibung der Lichtabstrahlung aus OLEDs ist entscheidend, wie die strahlenden Dipole in der Emissionsschicht orientiert sind. (2) Ein Farbstoffmolekül emittiert Licht bevorzugt senkrecht zur Achse des Übergangsdipolmoments. Liegt dieses parallel zur Ebene des OLED-Schichtsystems, also horizontal, strahlt der Großteil des Lichts durch das Glassubstrat nach außen und trägt zur Lichtausbeute der OLED bei. Umgekehrt strahlen vertikale Dipole kaum Licht direkt nach außen. Nahezu ihre gesamte Energie bleibt innerhalb des Schichtsystems gefangen und geht durch Absorption als Wärme verloren. Damit hängt die externe Quantenausbeute einer OLED entscheidend davon ab, wie die Übergangsdipolmomente der lichtemittierenden Farbstoffmoleküle in der Emissionsschicht verteilt und orientiert sind. Sind die Dipolorientierungen gleichmäßig über alle Raumrichtungen verteilt, beträgt die Quantenausbeute einer OLED – je nach strahlender Effizienz des Farbstoffs – maximal 25 Prozent (Bild 2). Gelingt es, alle Dipole horizontal zu orientieren, lässt sich die externe Quantenausbeute auf bis zu 35 Prozent steigern.

Wie lassen sich in der Praxis die Farbstoffmoleküle in einem verdünnten Wirt-Gast-System so ausrichten, dass die Übergangsdipolmomente eine Vorzugsorientierung aufweisen? Die diskutierten Schichtsysteme wurden mittels Vakuumverdampfung aufgebracht, die Emissionsschichten entstehen durch Koverdampfung des Farbstoffs mit einem Matrixmaterial. Wirt-Gast-Systeme in OLEDs zeigen eine winkel- und polarisationsabhängige Abstrahlcharakteristik, die sich nur durch eine überwiegend horizontale Dipolorientierung der Farbstoffmoleküle erklären lässt. (3) Dabei variiert der Orientierungsgrad von 75 Prozent horizontal und entsprechend 25 Prozent vertikal orientierten Dipolen für phosphoreszente Emitter bis hin zu 90 % horizontalen Dipolen für einige fluoreszente Emitter. Im isotropen Fall sollte das Verhältnis horizontal zu vertikal 67 Prozent zu 33 Prozent betragen.