Kodotierte Emissionsschichten zur Anwendung in weißen, organischen Leuchtdioden

Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind eine der neuesten Alternativen zu den langsam am Mark verschwindenden Glühbirnen. Dabei unterscheidet sich ihr Potenzial für außergewöhnliche Eigenschaften wie Großflächigkeit, Flexibilität oder Transparenz stark von den anderen, etablierten Beleuchtungstechnologien. Nichtsdestotrotz sind weitere Forschungen, insbesondere zu günstigeren Materialien und einfacherer Fabrikation nötig, um zukünftig konkurrenzfähige Produkte zu gewährleisten. In den letzten Jahren wurden gerade in Bezug auf die Herstellung, vermehrt Veröffentlichungen zu gemischten Emissionsschichten publiziert. Hierbei werden mindestens zwei, der gewöhnlich drei genutzten Farbstoffe für weiße Emission in eine gemeinsame Emissionsschicht dotiert. Dadurch kann die Anzahl der nötigen Schichten und damit die Betriebsspannung gesenkt und die Lichtausbeute erhöht werden. Werden zwei verschiedene Emittertypen in die gleiche Schicht dotiert, so kommt es allerdings zu Überträgen der Anregungsenergie von höheren Energieniveaus der einen Molekülsorte auf niedrigere der anderen. Da diese Transfers stark abstandsabhängig sind, kommt es für das resultierende Spektrum auf die genauen Konzentrationen der beiden Farbstoffe an. Der zu Grunde liegende Effekt des Exzitonenübertrags zwischen phosphoreszenten Farbstoffmolekülen wird deswegen in dieser Arbeit an vereinfachten, lösungsprozessierten Schichtaufbauten mit Hilfe von (transienter) Photolumineszenz untersucht und mathematisch quantifiziert. Hierbei zeigt sich, dass nicht nur zwischen fluoreszenten, sondern auch zwischen phosphoreszenten Molekülen der Übertrag mit Hilfe der Förster-Theorie beschrieben werden kann. Das eigentliche Ziel der Arbeit ist es aber, die daraus gewonnenen Erkenntnisse für hocheffiziente, weiße OLED-Bauteile zu nutzen. Dazu werden im nächsten Schritt 20 verschiedene, gelbe OLEDs mit gemischter, phosphoreszenter Emissionsschicht hergestellt. Sie bestätigen die bereits an den vereinfachten Proben gemachten Beobachtungen. Schließlich wird das gelbe Bauteil optimiert, um es als Basis für eine weiße OLED nutzen zu können. Lebensdauer und Effizienz der Diode sind dabei mindestens so hoch wie bei regulären, gelben Dioden. Jedoch stellt die exakte, geringe Konzentration des energetisch niedrigsten Farbstoffs für die reproduzierbare Herstellung noch ein Problem dar. Im nächsten Schritt wird ein blauer, fluoreszenter Farbstoff in einer separaten Emissionsschicht in das gelbe Bauteil eingefügt, so dass eine weiße Leuchtdiode entsteht. Hierbei zeigt sich, dass es sowohl mit einem gewöhnlichen als auch gestapelten Schichtaufbau nach geringfügigen Anpassungen möglich ist, eine gewünschte, weiße Emission zu erreichen. Jedoch ist weiterer Optimierungsbedarf gegeben, um die Effizienz zu steigern. Im Verlauf der Arbeit hat sich herausgestellt, dass die genaue Konzentration des energetisch niedrigsten Emittermoleküls für die industrielle Herstellung ein Problem darstellt. Deswegen wird ein alternativer Verdampfungsansatz für gemischte Farbstoffe untersucht. Hierbei werden die beiden Materialien bereits im Verdampfertiegel gemischt und gleichzeitig verdampft. Durch unterschiedliche Verdampfungskurven kommt es aber zu sich zeitlich ändernden Zusammensetzungen des Tiegels und damit der abgeschiedenen Schichten. Die industrielle Tauglichkeit dieser Methode ist damit leider nur für die Fälle ähnlicher Verdampfungseigenschaften oder eines großen Prozessfensters gegeben.