Forschern der Universität Potsdam ist es gelungen, die Effizienz polymerer Leuchtdioden (PLEDs) erheblich zu steigern. Ziel der Arbeiten in Potsdam ist es, so genannte Einschicht-Leuchtdioden mit geringem Stromverbrauch zu entwickeln, die für Anzeigesysteme und großflächige Beleuchtungsanwendungen verwendet werden können.
Ein viel versprechender Weg zu hocheffizienten PLEDs ist die Elektrophosphoreszenz. Dabei rekombinieren die durch die Leuchtdiode fließenden Elektronen und Löcher auf geeigneten Phosphoreszenzfarbstoffen. Quantenmechanische Überlegungen zeigen, dass bei Verwendung solcher Farbstoffe bei jeder Rekombination genau ein Photon emittiert werden kann.
Diese Farbstoffe neigen zur Kristallisation und Aggregation, so dass reine Farbstoffschichten nicht zum Aufbau der Leuchtdioden verwendet werden können. Mehrere Forschergruppen auf der Welt versuchen deshalb, diese Phosphoreszenzfarbstoffe in geeignete Polymermatrizen einzumischen. Anfang dieses Jahres haben Forscher in Japan, USA und Deutschland, darunter auch die Gruppe in Potsdam, gezeigt, dass mit diesem Konzept Polymer-Leuchtdioden mit Leistungseffizienzen von mehr als zwölf lm/W möglich sind.
Hocheffiziente Leuchtdioden für großflächige Beleuchtungselemente und Anzeigesysteme
Bei diesen Experimenten hat sich die Injektion der Ladungsträger als besonders problematisch herausgestellt. Da die Polymermatrix eine sehr hohe Bandlücke aufweisen muss, bildet sich eine hohe Barriere für den Übergang der Ladungsträger von den Elektroden in die aktive Schicht. Durch Optimierung der Kathode konnte in den letzten Jahren die Barriere für die Injektion der Elektronen aber deutlich herabgesetzt werden. Den Physikern aus Potsdam ist es nun gelungen, die Injektion der Löcher durch gezielte Verbesserung der Zusammensetzung der aktiven Schicht entscheidend zu verbessern. Dazu wurden der Polymerschicht geeignete Moleküle beigemischt, die den Transport der Löcher zu den phosphoreszierenden Farbstoffen übernehmen. Auf diese Weise konnte die Leistungseffizienz auf Werte von bis zu 24 lm/W nahezu verdoppelt werden. Dies ist die höchste Effizienz, die jemals für Ein-Schicht Polymer-Leuchtdioden publiziert wurde.
Damit ist ein wichtiger Schritt hin zu hocheffizienten Leuchtdioden für großflächige Beleuchtungselemente und Anzeigesysteme gemacht. Weiterführende Arbeiten haben zum Ziel, die Leistungseffizienz der elektrophosphoreszierenden PLEDs durch Optimierung der Ladungsträgerinjektion weiter zu steigern. Letztendlich sollen mit einfachen Schichtstrukturen Effizienzen erreicht werden, die bisher nur mit komplizierten Mehrschichtaufbauten aus „kleinen Molekülen“ realisiert werden konnten.
(idw – Universität Potsdam, 28.06.2004 – DLO)
