Planare Organische Halbleitermaterialien für Flexible OLEDs

Die AnwendungvonOrganischen Leuchtdioden (OLEDs) in Displays oder Beleuchtungstechnik rückte in den letzten Jahren durch intensive Forschungstätigkeit in greifbare Nähe. Auf Grund der Möglichkeit ausgesprochen dünne und leichte großflächige Beleuchtung durch den Einsatz von OLEDs zu realisieren, stellt diese Technologie eine interessante Alternative für die Beleuchtung von morgen dar. Darüber hinaus bieten OLEDs die einzigartige Möglichkeit flexible Displays zu konstruieren und eröffnen damit neue Konzepte in der Beleuchtungstechnik. Um den kompetitiven Einsatz dieser Technologie zu ermöglichen, ist eine Verbesserung der Stabilität und der Effizienz von flexiblen OLEDs nötig. Die gemeinsame Arbeit von Forschern aus den Bereichen der Materialwissenschaft und Elektrotechnik ist daher notwendig, um diese Ziele zu erreichen. Im Rahmen dieses Projekts arbeiten zwei Forschungsgruppen aus China und Österreich vereint an der Entwicklung neuer Materialien für hocheffiziente flexible OLEDs. Die Forschungsgruppe von Prof. Johannes Fröhlich am Institut für Angewandte Synthesechemie (Technische Universität Wien) wird organische Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für diesen Zweck entwickeln. Dabei werden neuartige planare Moleküle zum Einsatz kommen. Mit diesen Substanzen werden in der Gruppe von Prof. Dongge Ma am Changchun Institute of Applied Chemistry (Chinese Academy of Sciences) OLED Prototypen hergestellt und dabei neue Konzepte für flexible Displays getestet. Das Ziel dieses Projekts ist ein besseres Verständnis, inwieweit Materialeigenschaften und Aufbau der Displays Haltbarkeit und Effizienz von OLEDs beeinflussen. Eine enge Zusammenarbeit der beiden Gruppen ist daher unerlässlich, um den maximalen Nutzen aus dieser Kooperation zu ziehen und diese neuartige Technologie weiter zu entwickeln.

In den letzten Jahren entstand zunehmendes Interesse organische Leuchtdioden (OLEDs) neben Displayanwendungen auch für Beleuchtung einzusetzen. Dies beruht auf deren Energieeffizienz und der Möglichkeit großflächige, dünne und sogar flexible Bauteile zu realisieren. Außerdem können organische Materialien aus Lösung, beispielsweise mit Druckverfahren verarbeitet werden, wodurch niedrige Produktionskosten ermöglicht werden. Bei der Entwicklung neuer Materialien spielt die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen molekularer Struktur und resultierender Eigenschaften eine wichtige Rolle. Dies ist zusammen mit verbesserter Bauteilarchitektur ein wichtiger Faktor, um OLEDs weiter zu optimieren. Unlängst wurde in meiner Arbeitsgruppe Indolo[3,2,1-jk]carbazol (ICz) als neuer Baustein für Materialien in OLEDs präsentiert. ICz zeigt sowohl schwache Elektronendonor- als auch -akzeptoreigenschaften, weshalb es vielseitig einsetzbar ist. Zudem hatten die auf ICz basierten Materialien zumeist sehr hohe Triplettenergien und gute thermische Stabilität was ebenfalls wichtige Eigenschaften für den Einsatz in OLEDs sind. Im Rahmen dieses Projekts sollte ICz als molekulare Plattform verwendet werden, um die Materialeigenschaften mit verschiedenen Modifikationen des Gerüsts gezielt zu verändern. Im ersten Teil dieses Projekts wurden Schwefel- und Stickstoffatome in das ICz-Gerüst eingebaut, um die Elektronendonor- bzw. -akzeptorstärke zu erhöhen. Es wurde eine Synthesestrategie für den selektiven Einbau der Heteroatome in bestimmten Positionen innerhalb des molekularen Gerüsts entwickelt. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften können dabei durch Variation der Positionen und der Menge der Heteroatome gezielt verändert werden. Zusätzlich haben die eingebauten Stickstoffatome einen großen Einfluss auf die Ausrichtung im kristallinen Zustand, was ein wichtiger Faktor für funktionelle organische Materialien ist. Die Anwendbarkeit der stickstoffbasierten Bausteine wurde in einer Reihe von Molekülen untersucht, die als Emitter für OLEDs eingesetzt wurden. Die Emission dieser Materialien wurde durch Variation der Bausteine über einen weiten Bereich kontrolliert, was die Möglichkeit zur Feinabstimmung der Eigenschaften unter Verwendung dieser neuartigen Bausteine zeigt. Materialien, die das ICz-Gerüst verwenden, weisen normalerweise sehr geringe Löslichkeiten auf. Daher wurde zusätzlich zur Modifikation mit Heteroatomen das Anhängen von Alkylketten untersucht. Dies verbesserte die Löslichkeit der Materialien erheblich und macht damit die Prozessierung von ICz-basierten Molekülen aus Lösung möglich. Unter Verwendung der alkylierten ICz-Bausteine wurden Materialien entwickelt, die erfolgreich in OLEDs welche aus Lösung verarbeiteten wurden, eingesetzt. Neben der verbesserten Verarbeitbarkeit wurde zudem auch die Stabilität der Materialien erhöht. Schließlich konnten wir zeigen, dass die Substitutionsmuster des ICz-Motivs einen großen Einfluss auf die Wechselwirkungen innerhalb dünner Filme haben. Die damit neu entwickelten Materialien wurden für die Herstellung von OLEDs verwendet, welche effizienter waren als jene mit den zuvor verwendeten ähnlichen Materialien.