News • 06.05.2020

Auf der Suche nach dem Leuchtmaterial der Zukunft

Am Paul Scherrer Institut (PSI) haben Forschende Einblicke in ein vielversprechendes Material für organische Leuchtdioden (OLEDs) erhalten.

4 grün leuchtende Lichtdioden
Nicht nur beim Anlegen von Strom, sondern auch unter UV-Licht leuchtet CuPCP intensiv grün.
Quelle: Universität Bremen/Matthias Vogt

Die Substanz ermöglicht hohe Lichtausbeuten und ist kostengünstig im großen Maßstab herzustellen – das macht sie wie geschaffen für einen Einsatz in großflächigen Raumbeleuchtungen. Schon lange sind Forschende auf der Suche nach derartigen Materialien. Das jetzt neu generierte Verständnis wird dabei helfen, neue Leuchtmittel in Zukunft schnell und preisgünstig zu entwickeln. Die Studie erscheint heute im Fachblatt Nature Communications.

Die Verbindung ist ein gelblicher Feststoff. Löst man sie in einer Flüssigkeit oder bringt eine dünne Schicht davon auf einer Elektrode auf und legt dann einen elektrischen Strom an, leuchtet sie intensiv grün. Der Grund: Die Moleküle nehmen die ihnen zugeführte Energie auf und strahlen sie in Form von Licht nach und nach wieder ab. Elektrolumineszenz heißt dieser Vorgang. Auf diesem Prinzip basieren Leuchtdioden.

Die grün lumineszierende Substanz ist ein heißer Kandidat, um OLEDs herzustellen, organische Leuchtdioden. Seit etwa drei Jahren finden sich OLEDs beispielsweise in den Displays von Smartphones. Inzwischen kommen auch die ersten flexiblen Fernsehbildschirme mit diesen Materialien auf den Markt.

OLEDs machen zudem kostengünstige großflächige Raumbeleuchtungen möglich. Allerdings muss man dafür zunächst die passenden Materialien finden. Denn viele für OLEDs in Frage kommende Substanzen enthalten teure Metalle wie Iridium, was ihre Anwendung in großem Maßstab und auf ausgedehnten Flächen verhindert. Ohne solche Zusätze können die Materialien aber nur einen kleinen Teil der ihnen zugeführten Energie tatsächlich als Licht abstrahlen, der Rest geht beispielsweise als Schwingungsenergie verloren.

Das Ziel der aktuellen Forschung ist es, effizientere Materialien für kostengünstigere und umweltfreundlichere Displays und großflächige Beleuchtungen zu finden. Preisgünstige und gut verfügbare Metalle wie Kupfer versprechen hier Fortschritte. 

Unter die Lupe genommen

Forschende haben jetzt die kupferhaltige Verbindung CuPCP genauer untersucht. In der Mitte der Moleküle sitzen jeweils vier Kupferatome, umgeben von Kohlenstoff- und Phosphoratomen. Kupfer ist ein relativ günstiges Metall, und die Verbindung selbst lässt sich gut in großen Mengen herstellen – ideale Voraussetzungen für einen großflächigen Einsatz. "Wir wollten verstehen, wie der angeregte Zustand der Verbindung aussieht", sagt Grigory Smolentsev, Physiker in der Forschungsgruppe Operando-Spektroskopie. Sprich: Wie verändert sich die Substanz, wenn sie Energie aufnimmt? Ändert sich dabei beispielsweise die Struktur des Moleküls? Wie verteilt sich nach der Anregung die Ladung auf die einzelnen Atome? "Das verrät uns, wie hoch vermutlich die Energieverluste sind, die nicht als Licht frei werden", fügt Smolentsev hinzu, "und das zeigt uns, wie wir diese Verluste vielleicht minimieren können." Mit zwei Grossforschungsanlagen am PSI – der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS und dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL – sowie der European Synchrotron Radiation Facility im französischen Grenoble nahmen die Forschenden um Smolentsev die kurzlebigen angeregten Zustände der Kupferverbindung unter die Lupe.

Die Messungen bestätigten, dass die Substanz aufgrund ihrer chemischen Struktur ein guter Kandidat für OLEDs ist. Die quantenchemischen Eigenschaften der Verbindung machen eine hohe Lichtausbeute möglich. Ein Grund dafür: Das Molekül ist relativ steif und seine 3-D-Struktur verändert sich bei einer Anregung nur wenig. Jetzt können Forschende darangehen, die Substanz für den Einsatz in OLEDs weiter zu optimieren.

Hilfsmittel für die Zukunft

Die Messungen an den drei Großforschungsanlagen – am PSI und in Grenoble – hatten darüber hinaus nicht nur den Sinn, diese eine kupferhaltige Verbindung zu untersuchen. Es ging um mehr: Die so erhaltenen experimentellen Daten helfen dabei, die theoretischen Berechnungen von Molekülen zu verbessern. "So lässt sich in Zukunft besser voraussagen, welche Verbindungen für OLEDs geeignet sind und welche weniger", sagt Grigory Smolentsev. "Die Messdaten helfen den Chemikern und Chemikerinnen zu verstehen, welcher Teil des Moleküls einer hohen Effizienz im Weg steht. Und natürlich: wie sich die Verbindung verbessern lässt, um ihre Lichtausbeute zu erhöhen."

Die Studienergebnisse werden am 1. Mai 2020 im Fachblatt Nature Communications veröffentlicht.

Quelle:PSI

Weitere Beiträge zum Thema:

Beliebte Beiträge:

Thumbnail-Foto: Individuelle LED-Leuchten für Shops, Möbel und Objekte...
05.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Individuelle LED-Leuchten für Shops, Möbel und Objekte

Bereits ab Stückzahl 1: Jetzt online konfigurieren!

Welche Leuchtenart? Welcher LED-Typ? Welche Abdeckung? Welches Zubehör? Welche Beleuchtung passt am besten in Ihre Shop-Planung?Mit dem neuen online Angebot zur Konfiguration individueller Leuchten kann ELEKTRA nun die Antwort geben. So ...

Thumbnail-Foto: Die Kraft der Sonne
19.02.2020   #Beleuchtungssysteme #Beleuchtungskonzepte

Die Kraft der Sonne

Oktalite auf der EuroShop 2020

Der EuroShop-Auftritt von Oktalite steht unter dem Motto „Sun. Light. Quality“. Dabei geht es um mehr als nur Beleuchtung, es geht um einen übergreifenden Dienstleistungsansatz. Geschäftsführer Hermann Bohse und der Leiter ...

Thumbnail-Foto: Individuelle Steuerung der Lichtfarbe und -helligkeit...
10.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Individuelle Steuerung der Lichtfarbe und -helligkeit

Für Sie gestaltet und aussteuerbar: LD 8004-78

Passen Sie diesen Spot jederzeit Ihren individuellen Wünschen an, indem Sie die Lichtfarbe und -helligkeit steuern. Auch passende Steuerungselemente sind bei Elektra erhältlich. ...

Thumbnail-Foto: Unser Ministecksystem ist patentiert
06.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Unser Ministecksystem ist patentiert

Bekannt für sichere und zuverlässige Leistung

Das einzigartige Ministecksystem macht die Montage von Leuchten, Trafos etc. unschlagbar einfach! Auf Grund des minimalen Bohrungsdurchmessers von nur 8mm zur Durchleitung der Stecker durch Möbelteile, kann eine Installation zeitsparend mit ...

Thumbnail-Foto: Ins rechte Licht gerückt
21.01.2020   #Beleuchtungssysteme #Beleuchtungskonzepte

Ins rechte Licht gerückt

Intelligentes Beleuchtungsmanagement dank MTZ Raumautomation

Hell erleuchtetes Foyer, gemütliche Lounge-Atmosphäre oder romantisches Candlelight – unterschiedliche Anforderungen an Räumlichkeiten bedingen vor allem im Objektbereich flexible Beleuchtungssysteme. „Im digitalen ...

Thumbnail-Foto: Egal ob Sie Ihre Regale im Wohnzimmer oder am Point of Sale...
09.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Egal ob Sie Ihre Regale im Wohnzimmer oder am Point of Sale elektrifizieren wollen …

… mit den Stromleitersystemen von ELEKTRA haben Sie grenzenlose Möglichkeiten

Besondere Produkte verlangen besondere Aufmerksamkeit. Perfektes Licht mit den ELEKTRA Licht- und Elektrifizierungssystemen ist hier die Lösung. ...

Thumbnail-Foto: ELEKTRA auf der Euroshop 2020
13.03.2020   #Beleuchtungssysteme #Beleuchtungskonzepte

ELEKTRA auf der Euroshop 2020

Ein Highlight: die Präsentation des JUNIC Systems

Ein voller Erfolg war der Messeauftritt der ELEKTRA auf dem Gemeinschaftsstand des Deutschen Ladenbau-Verbandes zur Euroshop in Düsseldorf. Das Highlight war die Präsentation des JUNIC Systems, der Erweiterung des bereits seit zwei Jahren ...

Thumbnail-Foto: Besondere Atmosphäre mit filigranem Profil
11.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Besondere Atmosphäre mit filigranem Profil

LED-Profilleuchte LD 8104

Dieses filigrane Profil verleiht jedem Raum eine besondere Atmosphäre. Erleben Sie es selbst!Klein und fein, das ist das Kennzeichen dieser LED-Profilleuchte. Ob als Lichtquelle im nicht sichtbaren Bereich oder als Teil Ihres Designs im ...

Thumbnail-Foto: Modernes Lichtmanagement sorgt für perfekte Stimmung...
16.12.2019   #LED-Technik #LED-Leuchten

Modernes Lichtmanagement sorgt für perfekte Stimmung

Smarte Beleuchtungslösungen von ELEKTRA

Schalter, Sensoren, Funkfernbedienungen und Bluetooth werden immer raffinierter und mittlerweile auch durch Sprachassistenten ergänzt. Lernen Sie die smarten Lichtsteuerungen kennen. ...

Thumbnail-Foto: Erlebnis-Leuchten
31.01.2020   #Beleuchtungskonzepte #Lichttechnik

Erlebnis-Leuchten

Licht ist ein wichtiger Faktor, um die Sinne der Kunden zu wecken

Alle reden von Omni-Channel-Retailing – und das ist gut so. Wir reden von Sinnlichkeit – und das ist entscheidend. Wir alle leben in digitalen Zeiten, und von daher ist es ein geradezu zwingender Gedanke, nicht ein Gegeneinander von ...

Anbieter

OKTALITE Lichttechnik GmbH
OKTALITE Lichttechnik GmbH
Mathias-Brüggen-Str. 73
50829 Köln
ELEKTRA GmbH
ELEKTRA GmbH
Werkstraße 7
32130 Enger