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Mehr Lichtausbeute bei organischen Leuchtdioden

Am Institute of Computational Physics der ZHAW School of Engineering forscht man unter anderem auf dem Gebiet der organischen Leuchtdioden (OLED). In Zusammenarbeit mit Partnern entwickelt ein Forschungsteam biegsame OLED mit hoher Effizienz und fertigt sie im eigenen Labor.

Organische Leuchtdioden oder kurz OLED (Organic Light Emitting Diode) werden heute bereits erfolgreich in Smartphones und Tablets verbaut. Für Beleuchtungsanwendungen hingegen hat die OLED-Technologie erst ansatzweise Marktreife erlangt. Hergestellt werden OLED-Leuchtmittel, indem organische halbleitende Materialien Schicht für Schicht auf ein Substrat aufgetragen werden. Dieses Substrat kann aus Glas sein, aber auch aus einer biegsamen PET-Folie bestehen. «Das ist ein Alleinstellungsmerkmal der OLED-Technologie gegenüber herkömmlichen LED, die sich nicht auf gebogenen oder gar flexiblen Substraten herstellen lassen», erklärt Prof. Dr. Beat Ruhstaller, der den Schwerpunkt Organische Elektronik und Photovoltaik am ZHAW-Institute of Computational Physics (ICP) leitet. Denkbar sind beispielsweise Anwendungen in der Autoindustrie: Im Autodach verbaute OLED könnten für eine grossflächige Innenraumbeleuchtung sorgen oder gekrümmte, dünne Rücklichter und Blinker bilden. Bevor es so weit ist, gilt es noch zwei besonders grosse Herausforderungen zu meistern: eine effizientere Lichtabgabe und eine längere Lebensdauer der OLED.

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«Einfach ausgedrückt soll mehr Licht bei gleich viel Strom erzeugt werden, also weniger Leuchtkraft im Bauelement verloren gehen.»

Beat Ruhstaller, Schwerpunktleiter Organische Elektronik und Photovoltaik am ICP

 

Mehr Licht bei gleichem Strom

FlexOLED ist ein von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) gefördertes Forschungsprojekt. Die ZHAW School of Engineering arbeitet dabei interdisziplinär mit den Wirtschaftspartnern Nanograde und Fluxim sowie der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) als weiterer
Hochschulpartnerin zusammen. Ziel ist es, die Technologie für Lichtmanagement-Strukturen bei flexiblen OLEDs und auch die Simulationsmethoden weiterzuentwickeln. «Einfach ausgedrückt soll mehr Licht bei gleich viel Strom erzeugt werden, also weniger Leuchtkraft im Bauelement verloren gehen», so Ruhstaller. Bisher haben Forschende meist versucht, durch eine aussen aufgetragene Streufolie die Helligkeit zu verbessern. Das erwies sich aber als nicht optimal und auch als unpraktisch in der Herstellung. «Wir entwickeln nun eine Streustruktur, die man intern möglichst nah an der Lichterzeugung verbauen kann und nicht extern laminiert», so Ruhstaller. Mittels computergestützter physikalischer Modelle simulieren die Forschenden das Streuverhalten von Licht durch verschiedene Konzentrationen von Partikeln in der Streustruktur. Die Simulationen in Zusammenarbeit mit dem ZHAW-Spin-off Fluxim haben ergeben, dass OLED bei optimierten Strukturen bis zu doppelt so viel Licht ausstrahlen könnten.

Eine effizientere Lichtabgabe und eine längere Lebensdauer der OLED sind Forschungsziele am ZHAW-Institute of Computational Physics (ICP).

Fertigung im ZHAW-Labor

Die Simulationen zeigen auf, wie die verschiedenen Lichtmanagement-Schichten im optimalen Fall beschaffen sein sollten. Die Streustruktur-Schicht entwickelt das ETH-Spin-off Nanograde mit einer Art Nanopartikeltinte. Die EPFL stellt die Anodenschicht her. Diese Elektrode muss elektrisch leitfähig und gleichzeitig durchsichtig sein. Die Fertigung der OLED erfolgt schliesslich im Labor des ICP, das über eine eigene Beschichtungsanlage verfügt. Im Projekt werden zunächst OLED auf Glas hergestellt. Danach wollen die Forschenden demonstrieren, dass die Strukturen auch auf flexibler PET-Folie funktionieren. «Nach der Fertigung müssen wir messtechnisch den Beweis erbringen, dass die OLED wirklich heller sind», so Ruhstaller. «Das KTI-Projekt soll nachweisen, dass die Technologie, die sich in der Simulation als Optimierung herausgestellt hat, auch in der Umsetzung funktioniert.» Sind die Ergebnisse positiv, so könnte die Streustruktur-Schicht von Nanograde serientauglich werden. Des Weiteren bilden die Testergebnisse auch ein wichtiges Feedback für Fluxim, um die Vorhersagekraft der Simulationssoftware weiter zu verbessern.

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