Eine neue biegsame organische Leuchtdiode (OLED), die warmes, kerzenähnliches Licht mit kaum Emissionen im blauen Wellenlängenbereich erzeugt, könnte ihren Platz in flexibler Beleuchtung und intelligenten Displays finden, die nachts verwendet werden können, ohne die biologische Uhr des Körpers zu stören. Das Gerät, eine verbesserte Version eines Geräts, das kürzlich von einem Forscherteam der National Tsing Hua University in Taiwan entwickelt wurde, besteht aus einer lichtemittierenden Schicht auf einem Glimmersubstrat, das völlig frei von Kunststoff ist.
Jwo-Huei Jou und Ying-Hao Chu vom Department of Materials Science and Engineering der National Tsing Hua University und Kollegen haben kürzlich OLEDs patentiert, die warmes, weißes Licht erzeugen. Allerdings strahlen diese früheren Geräte immer noch unerwünschtes blaues Licht aus, das die Produktion des „Schlafhormons“ Melatonin verringert und daher den Schlafrhythmus stören kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass diese OLEDs aus festen Materialien hergestellt wurden und daher nicht flexibel waren.
Glimmer, ein natürliches Schichtmineral
Eine Möglichkeit, OLEDs flexibel zu machen, besteht darin, sie auf eine Kunststoffunterlage zu kleben. Die meisten Kunststoffe können jedoch nicht wiederholt gebogen werden – eine Voraussetzung für reale flexible Anwendungen. Jou, Chu und Kollegen beschlossen daher, Träger aus Glimmer zu untersuchen, einem natürlichen Schichtmineral, das in biegsame, transparente Schichten gespalten werden kann.
Die Forscher begannen damit, einen klaren Indium-Zinn-Oxid-Film (ITO) auf einer Glimmerplatte als Anode der LED abzuscheiden. Anschließend mischten sie einen Leuchtstoff, N,N'-Dicarbazol-1,1'-biphenyl, mit roten und gelben phosphoreszierenden Farbstoffen zur Herstellung der lichtemittierenden Schicht des Geräts. Als nächstes platzierten sie diese Schicht zwischen elektrisch leitfähigen Lösungen mit der Anode auf der einen und einer Aluminiumschicht auf der anderen Seite, um eine flexible OLED zu schaffen.
Tests zeigten, dass das Glimmersubstrat bei Beschichtung mit einem transparenten Leiter widerstandsfähig gegenüber Biegekrümmungen von 1/5 mm ist-1 – ein Rekordwert – und 50 Biegezyklen bei einem Biegeradius von 000 mm. Das OLED ist außerdem sehr beständig gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff und hat eine Lebensdauer, die 7.5 % der Lebensdauer ähnlicher Geräte auf Glas beträgt.
„Romantisches“ Licht
Das neue Gerät strahlt bei Anlegen eines konstanten Stroms helles, warmes Licht aus. Dieses Licht enthält noch weniger Licht mit blauer Wellenlänge als natürliches Kerzenlicht, berichten Jou und Chu, was bedeutet, dass die Expositionsgrenze für Menschen nach den Berechnungen des Teams 47 Sekunden beträgt, verglichen mit nur 000 Sekunden für ein kaltweißes Gegenstück. Das bedeutet, dass die Melatoninproduktion einer Person, die 320 Stunden lang der OLED ausgesetzt ist, um etwa 1.5 % sinkt, verglichen mit 1.6 % bei einer kaltweißen Kompaktleuchtstofflampe im gleichen Zeitraum.
Dicke OLEDs können auch eine hohe Lichtausbeute aufweisen
„Wir haben mithilfe unserer patentierten Kerzenlicht-OLED-Technologie eine OLED hergestellt, die auf einem biegsamen Glimmersubstrat ein psychisch warmes, aber körperlich kühles, brennfreies, romantisches, kerzenähnliches Licht ausstrahlt“, erzählt Jou Physik-Welt. „Dank ihrer Flexibilität könnte diese Technologie Designern und Künstlern mehr Freiheit bei der Gestaltung variabler Beleuchtungssysteme bieten, die in unterschiedliche Räume passen.“
Die Forscher hoffen nun, ihre OLEDs vollständig transparent zu machen. „Bei Beleuchtung waren diese Kerzenlicht-OLEDs dann von beiden Seiten sichtbar“, sagt Chu.
Die vorliegende Arbeit ist detailliert in Angewandte elektronische Materialien von ACS.
