Von Piotr Trzaska | Noctiluca | https://noctiluca.eu/
OLED (organische lichtemittierende Dioden) ist eine Displaytechnologie, die auf einer dünnen Schicht organischer Emitter basiert, die licht ausstrahlen einer bestimmten Farbe. Hauptbestandteile der Struktur von OLED-Displays sind OLED-Emitter - die chemischen Verbindungen in Form eines Pulvers, die für die Lumineszenz - die Lichtemission nach Anlegen von elektrischem Strom - verantwortlich sind. Die Qualität des mit der OLED-Technologie angezeigten Bildes, die Farbsättigung und die Lichtintensität hängen größtenteils von den Parametern der Emitter ab, die sich mit der Entwicklung der Industrie weiterentwickelt haben.
Die OLED-Technologien werden in 4 Generationen unterteilt, je nach den Merkmalen des Emitters, die die Eigenschaften der verwendeten Diode bestimmen: Fluoreszierende Dioden der ersten Generation, phosphoreszierende Dioden der zweiten Generation, auf dem TADF-Effekt basierende Dioden der dritten Generation und auf Hyperfluoreszenz basierende Dioden der vierten Generation. Noctiluca entwickelt OLED-TADF-Emittersysteme der dritten und vierten Generation, die eine Alternative zur bestehenden Technologie darstellen werden. Und warum? Die Antwort finden wir bei der Analyse aller Generationen.
Emitter der ersten Generation, so genannte "fluoreszierende OLEDs"
OLED-Displays der ersten Generation werden als fluoreszierende OLEDs bezeichnet und verwenden organische Emitter. Da der Intersystemübergang (ISC) zwischen Zuständen unterschiedlicher Multiplizität aufgrund grundlegender physikalischer Gesetze unmöglich ist, ist nur der Übergang S1 -> S0 zulässig und strahlend. Bei einer elektrischen Anregung haben nur 25 % der gebildeten Exzitonen die Singulett-Multiplizität und sind strahlungsfähig. Die restlichen 75 % sind Triplett-Multiplikatoren und sind nicht an der Lichtemission beteiligt. Aus diesem Grund ist die interne Quanteneffizienz (IQE) von fluoreszierenden OLEDs auf 25 % und die externe Quanteneffizienz (EQE) auf einige Prozent begrenzt.
Die heute gebräuchlichsten Emitter der zweiten Generation
Um die restlichen 75 % der Exzitonen zu nutzen, wurden metallorganische Komplexe entdeckt und als OLED-Emitter der zweiten Generation bezeichnet. Da das Vorhandensein seltener Metalle wie Iridium und Platin eine sehr starke Spin-Bahn-Kopplung verursacht, wird in phosphoreszierenden Emittern der Übergang T1 -> S0 strahlend und der ISC-Prozess zwischen S1 und T1 findet ebenfalls statt. Dieser Ansatz erlaubt theoretisch die Nutzung von bis zu 100% der gebildeten Exzitonen für die Lichtemission und bis zu 100% der IQE. Die EQE-Werte der besten phosphoreszierenden OLEDs liegen bei etwa 30 %.
Obwohl phosphoreszierende Emitter eine hohe Effizienz und ein großes Potenzial für die Anwendung in der OLED-Technologie bieten, schränkt das Vorhandensein von teuren und toxischen Seltenerd- und Edelmetallen in der Struktur der Komplexe, die Probleme beim Recycling verursachen, ihre Anwendung im industriellen Maßstab ein. Darüber hinaus gab es bisher einen bemerkenswerten Mangel an blauen Emittern der zweiten Generation, die 70 % der Lichtemission von Displays ausmachen.
TADF - Strahler der dritten und vierten Generation
Die Probleme der 1. und 2. Generation von Emittern haben die intensive Forschung nach anderen effizienten Emittern ohne Metalle in der Struktur angeregt. Eines der vielversprechenden Phänomene ist die thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF). Bei TADF-Emittern ist der Energieunterschied zwischen dem S1- und dem T1-Zustand (ΔEST) dank eines geeigneten Designs sehr gering. Wenn die Lebensdauer der Exzitonen im Triplett-Zustand lang genug ist, wird der RISC-Prozess zugelassen und thermisch aktiviert. Triplett-Exzitonen werden in Singulett-Exzitonen umgewandelt, die emittieren, und es kommt zur Emission von verzögerter Fluoreszenz. Der theoretische Höchstwert von IQE beträgt 100 %.
Die Entwicklung der OLED-Technologie ist nicht bei der dritten Generation stehen geblieben. Die Anforderungen an die nächste Generation sind hohe Effizienz, hohe Farbreinheit und beträchtliche Lebensdauer. Einer der vielversprechendsten Ansätze, die diese Bedingungen erfüllen, ist die Hyperfluoreszenz - ein Konzept, das von Wissenschaftlern der Kyushu-Universität entwickelt wurde. Hyperfluoreszenz ist ein Begriff, der seit 2013 bekannt ist, als Adachi und seine Gruppe diesen Ansatz entwickelten. Bei der Hyperfluoreszenz dient das TADF-Molekül nicht als Emitter, sondern überträgt die Anregung vom Wirt effizient auf den fluoreszierenden Dotierstoff. Während des TADF-Mechanismus werden die elektrisch erzeugten Triplett-Exzitonen in Singulett-Exzitonen umgewandelt, dann wird durch FRET der S1-Zustand des fluoreszierenden Dotierstoffs aufgefüllt und es kommt zur Lichtemission. Dieser Ansatz ist aufgrund der extrem schmalen Emissionsbande, der besseren Stabilität und der hohen Farbreinheit attraktiv. Die theoretische Grenze der IQE für Hyperfluoreszenz liegt bei 100 %.
Warum brauchen wir die 3. und 4. Generation von Emittern?
Es wird erwartet, dass TADF-Emitter das Wachstum der OLED-Industrie in den kommenden Jahren vorantreiben werden, da sie viele Probleme lösen:
Sie sind energieeffizienter - 5G-Telefone haben einen bis zu 33 % höheren Stromverbrauch als 4G-Telefone, faltbare Geräte ermöglichen ein größeres Display, und ein schlankes Design bedeutet weniger Platz für die Batterie - unter Berücksichtigung all dieser Aspekte könnten OLED-Displays mit 3. und 4.
Sie sind besser für die Umwelt - OLED-Displays mit Emittern der 3. und 4. Generation benötigen keine Schwermetalle und Seltenen Erden
Sie sind billiger
Sie verlängern die Lebensdauer der Geräte und beseitigen den Einbrenneffekt von Displays
Zusätzlicher Wert: effizienter blauer Emitter, der für die 2. Generation unerreichbar ist
Auf dem OLED-Markt hat die Verwendung von Emittern der zweiten Generation in den letzten Jahren stark zugenommen - allerdings nicht in allen Farben. Während es gelungen ist, effiziente grüne und rote Licht-Emitter herzustellen, scheint die Konstruktion hochwertiger blauer Licht-Emitter ein unüberwindbares Problem zu sein - der Markt verwendet immer noch blaue Emitter der älteren, ersten Generation.
Das wichtigste technologische Ziel der Hersteller von OLED-Emittern ist die Entwicklung und Einführung von Emittern der nächsten Generation (OLED der 3. und 4. Generation) und die Überwindung der technologischen Barriere, die mit blauen Licht-Emittern verbunden ist. Bis heute ist es jedoch niemandem auf der Welt gelungen, einen effektiven RGB-Emitter der 3. oder 4. Generation zu entwickeln, der kommerziell eingesetzt werden könnte (ein Anwendungsfall mit einer gelben monochromen Anzeige wurde bereits eingeführt). Die Entwicklung von Emittern der 3. und 4. Generation wird ein echter technologischer Durchbruch sein. [This is automatically translated from English]