Organiska lysdioder är komponenter som inte längre består av föreningar som innehåller det halvledande materialet gallium, men av så kallade organiska föreningar där kol är en huvudkomponent. Jämfört med konventionella lysdioder, dock, ljusstyrkan och livslängden för OLED:er är för närvarande lägre, det är därför de representerar ett aktuellt forskningsfält.

Forskare vid MPI-P under ledning av gruppledaren Dr Gert-Jan Wetzelaer (avdelningen för Prof. Paul Blom) har nu utvecklat ett nytt OLED-koncept. Nu för tiden, OLED består av olika wafer-tunna lager. Vissa lager används för att transportera laddningar, medan andra används för att effektivt införa elektroner i det aktiva skiktet där ljus alstras. Således, nuvarande OLED kan enkelt bestå av fem till sju lager. Forskarna har nu tagit fram en OLED som bara består av ett enda lager som förses med elektricitet via två elektroder. Detta förenklar produktionen av sådana OLED:er och banar väg för utskrivbara skärmar.

Med sin första prototyp, forskarna från Mainz kunde visa att de kan generera en ljusstyrka av emitterat ljus på 10, 000 candela/kvadratmeter med en spänning på endast 2,9 volt — detta motsvarar ungefär 100 gånger ljusstyrkan hos moderna skärmar. Att uppnå så hög ljusstyrka vid denna låga spänning är ett rekord för nuvarande OLED. Forskarna kunde också mäta en extern effektivitet på 19 %, vilket innebär att 19% av den tillförda elektriska energin omvandlas till ljus som kommer ut i betraktarens riktning. Även med detta värde, OLED-prototypen kan konkurrera med nuvarande OLED:er som består av fem eller till och med fler lager.

I kontinuerlig drift, forskarna kunde mäta en så kallad LT50-livslängd på nästan 2 000 timmar vid en ljusstyrka som motsvarar tio gånger den för moderna skärmar. Inom denna tid, den initiala ljusstyrkan har sjunkit till 50 % av dess värde.

"För framtiden, vi hoppas kunna förbättra konceptet ytterligare och därmed uppnå ännu längre livslängder. Detta innebär att konceptet kan användas för industriella ändamål, " säger Wetzelaer. Forskarna hoppas att deras nyutvecklade enkelskiktskoncept – dvs den minskade komplexiteten hos OLED:er – kommer att bidra till identifieringen och förbättringen av de processer som är ansvariga för minskningen av livslängden.

Forskarna använder ett ljusemitterande skikt baserat på så kallad "Thermally Activated Delayed Fluorescence" (TADF). Denna fysiska princip har varit känd i flera decennier, men blev fokus för OLED-forskning för cirka 10 år sedan, när en effektiv omvandling av elektrisk energi till ljus demonstrerades i Japan. Sedan dess, forskare har arbetat med att producera TADF-baserade OLED, eftersom dessa inte kräver dyra molekylära komplex som innehåller sällsynta jordartsmetaller som används i nuvarande OLED.

Forskarna har nu publicerat sina resultat i den välrenommerade tidskriften Nature Photonics .