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StartseiteForschung aktuellHohe Leuchtkraft ohne teure Metalle27.11.2013

OLEDHohe Leuchtkraft ohne teure Metalle

Organische Leuchtdioden, OLEDs, benötigen bislang nicht-organische Komponenten, um hell leuchten zu können: teure Edelmetalle wie Platin. Chemiker aus Bonn haben dafür eine preiswerte Alternative gefunden.

Von Arndt Reuning

OLED-Fernseher auf der Internationalen Funkausstellung in Berlin (picture alliance / dpa / Rainer Jensen)
OLED-Fernseher auf der Internationalen Funkausstellung in Berlin (picture alliance / dpa / Rainer Jensen)
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Eine Glasscheibe mit einer gelben, durchsichtigen Farbschicht darauf. Auf der Rückseite ein glänzender Metallkontakt. Zwei dünne Kabel führen zu einem Batteriekasten. Sobald Sigurd Höger den Strom einschaltet, leuchtet eine Fläche auf, etwa so groß wie ein Fingernagel:

"Man sieht hier eine OLED. Wenn man den Strom anschaltet, dass man ein schön gelbes, warm gelbes Licht erkennen kann. Das ist auch unter Tageslichtbedingungen gut zu erkennen, ist also schon sehr kräftig."

Mit diesem Modell erklärt der Professor für Organische Chemie an der Universität Bonn seinen Studierenden die Funktionsweise einer organischen Leuchtdiode: Durch die farbige Schicht aus Kunststoff wandern positive und negative Ladungsträger jeweils in entgegengesetzten Richtungen. Treffen ungleiche Ladungen an einem Farbstoffmolekül aufeinander, dann vereinen sie sich und übertragen ihre Energie auf den Leuchtstoff. Höger:

"Das Farbstoffmolekül befindet sich dann im angeregten Zustand, möchte wieder in den Grundzustand zurückfallen und sendet dabei im Idealfall Licht aus.  Das Licht wäre das Fluoreszenzlicht, das man dann mit dem Auge sehen kann oder nutzen kann, um einen Raum zu beleuchten oder beim Auto ein Rücklicht zu bauen."

Benutzt man einen herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoff, dann hat das allerdings einen gewaltigen Nachteil: Höchstens ein Viertel der angeregten Moleküle sendet Licht aus; die anderen Farbstoffteilchen wandeln ihre Energie in Wärme um. Gerade für mobile Anwendungen, wie etwa für Displays von Smartphones, ist das denkbar schlecht. Denn ein Großteil der Akkuladung geht somit als Wärme verloren. "Das Problem kann man umgehen, indem man sogenannte Phosphoreszenz-Emitter einsetzt", erklärt Höger. "Und das ist, was heute auch in der Technik gemacht wird. Da sind teure Metalle drin, zum Beispiel Platin. Die sorgen dafür, dass das Phosphoreszen-Licht ausgestrahlt wird, das heißt, diese drei Viertel werden genutzt, um Licht zu erzeugen."

Sigurd Höger und seine Mitarbeiter haben sich nun auf die Suche gemacht nach Phosphoreszenz-Farbstoffen, die ohne die teuren Edelmetalle auskommen. Sie wählten dazu ganz spezielle chemische Substanzen aus: polyzyklische Aromaten. Das sind Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, von denen einige Phosphoreszenz-Licht ausstrahlen, wenn sie mit energiereichem Licht angeregt werden. Und tatsächlich war es möglich, solche Substanzen auch in einer OLED zum Leuchten zu bringen, sagt Höger:

"Wir können sowohl Phosphoreszenz als auch Fluoreszenz parallel in einem Bauteil beobachten. Das ist recht ungewöhnlich. Bisher hat man das noch nicht gesehen unter elektrischer Anregung.  Wir sehen jetzt beide Emissionspfade in einem Molekül oder in einem Bauteil."

Der Physiker John Lupton, Professor an der Universität Regensburg, hat OLEDs mit den Farbstoffen aus Bonn hergestellt und untersucht. Sie leuchten mit grünem Fluoreszenzlicht und zusätzlich mit roter Phosphoreszenz. Die Leuchtstärke im Vergleich zur eingesetzten Energie kann damit deutlich erhöht werden. Zwei solcher Phosphoreszenz-Farbstoffe haben die Chemiker aus Bonn bisher synthetisieren können. Deren Leuchtausbeute dürfte sich aber in Zukunft noch weiter steigern lassen, glaubt Sigurd Höger:

"Natürlich sind das noch keine Moleküle, die man sofort kaufen kann und kommerzialisieren kann, aber es ist natürlich im Rahmen der Grundlagenforschung oder anwendungsnahen Grundlagenforschung schon ein großer Durchbruch, dass man das jetzt beides beobachten kann." 

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