Zwei Abbildungen des Prototypds der neuen Dioden, links leuchtet gelb, recht leuchtet grün

Neue Klasse lichtaktiver Moleküle für hellere Leuchtflächen

Hell strahlende Flächen aus organischen Leuchtdioden oder kurz OLEDs finden sich in Smartphones, großen Flachbildschirmen und Designerlampen. Doch trotz ihres geringen Strombedarfs wandeln die kontrastreichen und dünnen Leuchtmodule bisher nur einen Bruchteil des Stroms in Licht um. Wissenschaftler haben diesen Nachteil nun mit einer neuen Klasse lichtaktiver Moleküle behoben. Der in der Fachzeitschrift „Science“ präsentierte Prototyp weist eine ungewöhnlich hohe innere Effizienz auf. Verantwortlich dafür sind sehr schnelle, elektronische Übergänge in den lichtaktiven Molekülen, die nach einer Anregung fast komplett zur Aussendung von Lichtteilchen führen. In heute verfügbaren OLEDs ruft nur ein gutes Viertel der elektronischen Übergänge eine Lichtemission hervor.

Grafik mit den Strukturen der lichtaktiven Propellermolekülen
Propellermoleküle

„Schon die erste Demonstration belegte, dass die neue Materialklasse die bisher etablierte OLED-Technologie überflügelte“, sagt Dan Credgington von der University of Cambridge in England. Für diesen Erfolg entwickelte er gemeinsam mit seinen Kollegen komplexe metallorganische Verbindungen. In diesen docken je zwei organische Molekülgruppen – zyklische Alkylaminocarbene – an ein Kupfer- oder Goldatom an. Die Struktur dieses Moleküls ähnelte dabei einem zweiflügligen Propeller. In einem Lösungsmittel verteilt, ließen sich diese lichtaktiven Substanzen zusammen mit weiteren etwa hundert Nanometer dünnen Schichten auf einem Trägermaterial deponieren.

Legten Credgington und sein Team nun eine elektrische Spannung von bis zu 3,4 Volt an ihre OLED an, wanderten Elektronen zwischen den beiden Flügeln des Propellermoleküls und sendeten dabei Lichtteilchen aus. Dieser Prozess vollzog sich innerhalb von 350 Nanosekunden und damit überraschend schnell. Mit einer hohen Effizienz von bis zu 75 Lumen pro Watt erreichten die ersten Prototypen eine Helligkeit von über 70 000 Candela pro Quadratmeter. Kommerzielle OLEDs rangieren dagegen bei Werten von einigen Tausend Candela pro Quadratmeter.

Bis sich diese neue Klasse lichtaktiver Moleküle mit kostengünstigen Beschichtungsverfahren auf großen Flächen deponieren lässt, wird es jedoch noch etwas dauern. Denn bisher emittieren die bis rund 270 Grad Celsius stabilen Propellermoleküle bevorzugt Licht im grünen Spektralbereich. Doch die Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass sie weitere Varianten dieser Moleküle entwickeln können, die dann auch blaues und rotes Licht aussenden. Werden alle diese Varianten in einer mehrschichtigen OLED kombiniert, könnten über additive Farbmischung auch weiß leuchtende Flächen gefertigt werden.