OLED-Bildschirme sind bereits in vielen Smartphones, Fernsehern und Smartwatches verbaut. Jedes Pixel erzeugt sein eigenes Licht direkt, ohne Hintergrundbeleuchtung. Diese Technologie bietet tiefe Schwarztöne, hohen Kontrast und dünne Geräte. Japanische Forscher untersuchen nun eine neue Möglichkeit, die internen Materialien anzuordnen, um den Strom besser fließen zu lassen.
Eine OLED besteht aus mehreren extrem dünnen organischen Schichten. Wenn elektrische Ladungen sie durchqueren, senden bestimmte Moleküle Licht aus. In aktuellen Bildschirmen sind diese Moleküle meist ungeordnet in einer sogenannten amorphen Struktur angeordnet. Diese Anordnung erleichtert die Herstellung großer Flächen, kann aber die Bewegung der Ladungen behindern.
Nahaufnahme eines aktuellen OLED-Bildschirms.
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Dieser Innenwiderstand spielt eine große Rolle. Eine schlechte elektrische Leitfähigkeit kann eine höhere Spannung erfordern, mehr Wärme erzeugen und die erreichbare Helligkeit begrenzen. Die Hersteller müssen außerdem ein Gleichgewicht zwischen Effizienz, Lebensdauer, Farbtreue und Produktionskosten finden.
Masahiro Morimoto, Yuya Honda und Shigeki Naka von der Universität Toyama haben eine Schicht aus Rubren getestet. Dieses organische Material transportiert Ladungen besonders gut, wenn es eine kristalline Struktur annimmt, in der die Moleküle einer regelmäßigen Ordnung folgen. Bisher blieb es schwierig, solche Kristalle in eine dünne und einfach herstellbare OLED zu integrieren.
Die Forscher brachten zunächst unter Vakuum eine ungeordnete Rubrenschicht auf. Eine zweistufige Wärmebehandlung verwandelte sie anschließend in einen kristallinen Film. Die entstandenen Domänen erreichten eine Breite von etwa 1 mm und eine Dicke von nur 50 nm. Diese Feinheit entspricht etwa einem Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares.
Die Veränderung beeinflusste das elektrische Verhalten des Bauteils stark. Bei gleicher Spannung konnte die Stromdichte bis zum 1000-Fachen einer vergleichbaren OLED mit amorphem Rubren erreichen. Dieses Ergebnis bedeutet, dass die Ladungen die Schicht viel leichter durchqueren konnten.
Die Versuchsdiode begann bei etwa 1,3 V mit geringer Leuchtdichte zu leuchten. Eine reduzierte Spannung könnte langfristig dazu beitragen, bestimmte elektrische Verluste zu begrenzen. In einem Smartphone oder Fernseher könnte dies Bildschirme ermöglichen, die weniger Energie verbrauchen, bei gleichem Verbrauch heller sind, weniger Wärme erzeugen und eine längere Lebensdauer haben.
Die kristalline Struktur machte die Lichtemission im gemessenen Spektrum außerdem schmaler und präziser. Diese Eigenschaft könnte dazu beitragen, Farben besser zu steuern. Sie muss jedoch mit geeigneten roten, grünen und blauen Materialien sowie den zahlreichen anderen Schichten kombiniert werden, die in einem kommerziellen Panel erforderlich sind.
Die Methode verwendet die Vakuumabscheidung, die in der OLED-Herstellung bereits üblich ist. Dieser Vorteil könnte ihre künftige Integration erleichtern. Die Forscher müssen noch die Gleichmäßigkeit der Kristalle auf großen Flächen, ihre Kompatibilität mit Millionen von Pixeln und ihre Beständigkeit gegenüber langen Nutzungszyklen prüfen.