Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Damit Bildschirme kräftiger leuchten: Bayreuther Forscher entdecken Weg zur Farbsteuerung von OLEDs

23.03.2018

Organische Leuchtdioden (OLEDs) werden in Smartphones und TV-Geräten eingesetzt und unterstützen eine kontrastreiche Darstellung von Farben. In diesen Dioden werden als organische Halbleiter oft konjugierte Polymere eingesetzt. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt herausgefunden, wie die räumliche Struktur dieser Polymere genutzt werden kann, um die Farben der OLEDs zu steuern und Bildschirme noch besser zum Leuchten zu bringen. Im Wissenschaftsmagazin PNAS stellen sie diesen bisher unbekannten Mechanismus vor.

Polymere mit Rückgrat: Räumliche Strukturen bestimmen die Farben des Lichts


Links ein Polymer mit gestrecktem Rückgrat (rot-gelb). Die Seitenarme (grau) der molekularen Bausteine bilden ein Gerüst, das die Streckung stabilisiert. Rechts ein Polymer mit gekrümmtem Rückgrat.

Grafik: Dominic Raithel


Dominic Raithel M.Sc. bei der Vorbereitung eines Experiments in einem Laserlabor der Universität Bayreuth.

Foto: Christian Wißler

Im Mittelpunkt der neuen Forschungsergebnisse stehen Polymere, die sich für den Einsatz in organischen Leuchtdioden eignen. Aufgrund der aneinander geketteten molekularen Bausteine besitzen sie ein Rückgrat. Werden die Polymere nun einem Laserstrahl ausgesetzt, absorbieren sie das Licht und speichern es als Anregungsenergie. Diese Energie breitet sich an ihrem Rückgrat entlang aus. Kurz darauf wird sie durch Abstrahlung von Licht freigesetzt.

Bisher ist man davon ausgegangen, dass die Farbe des abgestrahlten Lichts davon abhängig sei, wie weit sich die Anregungsenergie in den Polymeren ausbreitet: Der Bereich, in dem sich die Energie ausdehnt, sei umso kleiner, je stärker die Polymere gekrümmt sind, hieß es. Doch die Bayreuther Wissenschaftler haben diese Annahmen jetzt widerlegt.

Die von ihnen untersuchten Polymere haben ein chemisch identisches Rückgrat und sind unterschiedlich gekrümmt, aber die Anregungsenergie dehnt sich über gleich große Bereiche aus. Gekrümmte Polymere senden grünes oder blaues Licht aus, gestreckte Polymere strahlen gelb oder rötlich.

„Wenn diese Polymere in organischen Leuchtdioden zum Einsatz kommen, können ihre unterschiedlichen räumlichen Strukturen genutzt werden, um die Farben des von den OLEDs abgestrahlten Lichts präzise zu steuern“, erklärt der Physiker Dominic Raithel M.Sc., Erstautor der jetzt in PNAS veröffentlichten Studie.

Wie die Bayreuther Forscher ebenfalls herausgefunden haben, besitzen gestreckte Polymere ein von ihren Seitenarmen gebildetes Gerüst, das die Streckung stabilisiert. „Daraus ergibt sich für Leuchtdioden ein besonderer Vorteil: Wenn gestreckte Polymere übereinander geschichtet werden, sorgen die Gerüste für Stabilität. Die Lichtemission wird dadurch nicht geschwächt“, sagt Raithel.

Vor kurzem hat er seine Dissertation im DFG-Graduiertenkolleg „Photophysics of Synthetic and Biological Multichromophoric Systems“ der Universität Bayreuth abgeschlossen. Hier werden natürliche und künstliche organische Materialien in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit erforscht. So waren an der neuen Studie sowohl die Experimentalphysiker Prof. Dr. Anna Köhler und Prof. Dr. Jürgen Köhler als auch Prof. Dr. Mukundan Thelakkat als Experte für Funktionspolymere beteiligt.

Transatlantisches Zusammenspiel von Theorie und Experiment

Bei den vergleichenden experimentellen Untersuchungen der Polymere kamen verschiedene Spektroskopieverfahren zum Einsatz. „Entscheidend war dabei die Einzelmolekülspektroskopie bei sehr tiefen Temperaturen, für die uns hier in Bayreuth eine hochleistungsfähige Infrastruktur zur Verfügung steht. Mit dieser Methode konnten wir die Farben des emittierten Lichts und schließlich auch die Ausdehnung der Anregungsenergie über die kettenförmig aufgebauten Polymere bestimmen“, erklärt Dr. Richard Hildner, der die Forschungsarbeiten an der Universität Bayreuth koordiniert hat.

Die Bayreuther Wissenschaftler haben eng mit einer Arbeitsgruppe an der Rice University in Houston/Texas zusammengearbeitet. Hier wurden von Dr. Lena Simine und Prof. Dr. Peter J. Rossky umfangreiche Berechnungen zum Einfluss der Polymerstrukturen auf die Farbe des emittierten Lichts angestellt. Die Verbindung von experimentellen mit theoretischen Methoden führte schließlich zu Einblicken in die räumliche Struktur einzelner Polymerketten, die mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren nicht möglich sind.

Veröffentlichung:

Dominic Raithel, Lena Simine, Sebastian Pickel, Konstantin Schötz, Fabian Panzer, Sebastian Baderschneider, Daniel Schiefer, Ruth Lohwasser, Jürgen Köhler, Mukundan Thelakkat, Michael Sommer, Anna Köhler, Peter J. Rossky and Richard Hildner: Direct observation of backbone planarization via side-chain alignment in single bulky-substituted polythiophenes, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America – PNAS 2018, vol. 115, no. 11, 2699-2704.
DOI 10.1073/pnas.1719303115

Forschungsförderung:

Die Forschungsarbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), vom Bayerischen Wissenschaftsministerium im Rahmen des Netwerks „Solar Technologies Go Hybrid“, vom Elitenetzwerk Bayern (ENB) sowie von der National Science Foundation (NSF) der USA. Prof. Dr. Michael Sommer (Universität Freiburg/TU Chemnitz) synthetisierte einige der untersuchten Polymere, Prof. Dr. Marin van Heel (Universität Leiden) entwickelte Algorithmen für die Datenanalyse.

Kontakt:

Dr. Richard Hildner
Experimentalphysik IV
Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0) 921 55 4040
E-Mail: richard.hildner@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Berichte zu: Anregungsenergie DFG Leuchtdioden Licht OLEDs PNAS Polymere Polymerketten Rückgrat

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Schlaflos wegen Handy? Neue Displays könnten Abhilfe schaffen
21.06.2018 | Universität Basel

nachricht Sensoren auf Gummibärchen: Team druckt Mikroelektroden-Arrays auf weiche Materialien
21.06.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics