Tack vare intensiv forskning under de senaste tre decennierna, organiska ljusemitterande dioder (OLED) har stadigt erövrat elektronikmarknaden – från OLED-mobiltelefonskärmar till utrullade tv-skärmar, listan över applikationer är lång.

Aktuell OLED-forskning fokuserar särskilt på att förbättra prestandan hos vita OLED:er för belysningselement som tak- eller bilinteriörbelysning. Dessa komponenter är föremål för mycket strängare krav vad gäller stabilitet, vinkelemission och effekteffektivitet.

Eftersom lysdioder endast producerar monokromt ljus, tillverkare använder olika additiv färgblandningsprocesser för att producera vitt ljus.

Sedan den första utvecklingen av vita OLED:er på 1990-talet, många ansträngningar har gjorts för att uppnå ett balanserat vitt spektrum och hög ljuseffektivitet vid en praktisk luminansnivå. Dock, den externa kvanteffektiviteten (EQE) för vita OLED:er utan ytterligare utkopplingstekniker kan bara nå 20 till 40 procent idag. Cirka 20 procent av de genererade ljuspartiklarna (fotoner) förblir fångade i enhetens glasskikt. Anledningen till detta är den totala inre reflektionen av partiklarna vid gränsytan mellan glas och luft. Ytterligare fotoner är vågledda i de organiska skikten, medan andra till slut går vilse vid gränssnittet till den översta metallelektroden.

Många metoder har undersökts för att extrahera de fångade fotonerna från OLED. En internationell forskargrupp ledd av Dr Simone Lenk och Prof. Sebastian Reineke från TU Dresden har nu presenterat en ny metod för att frigöra ljuspartiklarna, publicerad i den berömda tidskriften Naturkommunikation .

Fysikerna introducerar en enkel, skalbar och särskilt litografifri metod för generering av kontrollerbara nanostrukturer med riktad slumpmässighet och dimensionell ordning, avsevärt öka effektiviteten hos vita OLED:er. Nanostrukturerna framställs genom reaktiv jonetsning. Detta har fördelen att topografin för nanostrukturerna kan styras specifikt genom att justera processparametrarna.

För att förstå de erhållna resultaten, forskarna har utvecklat en optisk modell som kan användas för att förklara den ökade effektiviteten hos OLED. Genom att integrera dessa nanostrukturer i vita OLED, en extern kvantverkningsgrad på upp till 76,3 % kan uppnås.

För Dr Simone Lenk, den nya metoden öppnar upp för många nya vägar:"Vi hade redan länge letat efter ett sätt att specifikt manipulera nanostrukturer. Med reaktiv jonetsning, vi har hittat en kostnadseffektiv process som kan användas för stora ytor och även lämpar sig för industriellt bruk. Fördelen ligger i att periodiciteten och höjden på nanostrukturerna kan justeras helt via processparametrarna och att man därmed kunde hitta en optimal utkopplingsstruktur för vita OLED. Dessa kvasi-periodiska nanostrukturer är inte bara lämpliga som utkopplingsstrukturer för OLED, men har också potential för ytterligare tillämpningar inom optik, biologi och mekanik."