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08.05.2013

Farbiges Leuchten präzise vorausgesagt

Forscher entwickeln Modell für die Herstellung farbiger organischer Leuchtdioden

In der Beleuchtungstechnik der Zukunft werden organische Leuchtdioden (OLEDs) ihren Platz haben: Die aus hauchdünnen Schichten bestehenden Bauteile senden ein ungerichtetes, gleichmäßiges Licht aus. Die Entwicklung dieser Lichtquellen, die bisher nur zaghaft ihren Weg in den Markt gefunden haben, gestaltet sich jedoch auch deshalb schwierig, weil sich die Farbtemperatur des Lichts bisher nur schwer vorhersagen ließ. Die Entwickler konnten häufig nur durch Probieren zur gewünschten Lichtfarbe kommen. Doch nun hat ein Forscherteam ein Modell entwickelt, mit dem sich die Farbe der hauchdünnen Leuchtmittel präzise bestimmen lässt.

OLEDs sind so dünn, dass sie auch als transparente Lichtquellen eingesetzt werden können. Foto: Universität Eindhoven, Bart van Overbeeke
OLED, Foto: Universität Eindhoven, Bart van Overbeeke

OLEDs werden seit Jahren als vielversprechende Technologie angepriesen: Sie sind wesentlich effizienter als die inzwischen als Stromfresser verschriene Glühlampe und enthalten im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren kein giftiges Quecksilber. Das trifft zwar auch auf die gewöhnliche LED zu, die sich derzeit auf dem Lichtmarkt immer mehr durchsetzt. Doch eine Eigenschaft hat die OLED, die die LED nicht hat: Sie kann in Dicken von nur einem halben Millimeter hergestellt werden und ist daher so dünn, dass sie sich sogar auf biegsame Folien aufbringen lässt.

Damit lassen sich die überwiegend aus Kohlenstoffverbindungen bestehenden Leuchten nicht nur ideal für Displays und Bildschirme nutzen – eine Anwendung, die bereits vielfach auf dem Markt ist –, sondern auch als leuchtende Designelemente. So träumen Entwickler und Produktmanager von leuchtenden Tapeten auf der Basis von OLEDs, die den Raum in ein homogenes, angenehmes Licht tauchen könnten.

Weißes Licht wird bei OLEDs nicht anders als bei gewöhnlichen LEDs durch die Mischung verschiedenfarbiger Lichtquellen erzeugt. Bei den OLEDs bestehen diese Lichtquellen aus übereinanderliegenden, hauchdünnen leuchtenden Schichten. Welche Zusammensetzung der Wellenlängen und damit welche Farbtemperatur des weißen Lichts sich aus der jeweiligen Kombination ergibt, konnten die Entwickler bisher jedoch kaum vorhersagen. Das machte die Herstellung neuer Leuchtmaterialien bisher sehr ineffizient und aufwendig.

Die Wissenschaftler von den Universitäten in Eindhoven (NL), Dresden und weiteren Forschungsinstituten suchten daher nach einem Computermodell, mit dem sich die physikalischen Vorgänge bei der Entstehung des Lichts simulieren lassen – ein Unterfangen, das man zunächst für unmöglich gehalten habe, wie Peter Bobbert von der Universität Eindhoven erklärt. Die Schwierigkeit dabei ist nämlich, dass jede Veränderung eines einzelnen Elements sofort auch Auswirkungen auf das gesamte System zur Folge hat. Doch schließlich fanden die Forscher ein statistisches Simulationsverfahren, mit dem sie diese Schwierigkeit in den Griff bekommen konnten.

Wie präzise das Modell die Farbe einer Kombination von OLED-Schichten vorhersagen kann, erprobten die Wissenschaftler anhand tatsächlich gebauter OLEDs. Die Forscher hoffen nun, dass ihr Modell der Entwicklung der hauchdünnen Leuchtquellen einen neuen Schub verleihen wird. Das Potenzial der Technologie sei nach wie vor enorm – nicht zuletzt deshalb, weil dank der Simulation die Effizienz der Leuchtmittel noch drastisch gesteigert werden könne.

Das Rechenmodell könnte außerdem dazu beitragen, die Entwicklungskosten zu senken, die den Verkaufspreis von OLEDs trotz der eingesetzten, meist eher preisgünstigen, Materialien bisher noch sehr teuer machen. Ob am Ende schließlich doch noch die Entwicklung einer farbig oder weiß leuchtenden Tapete stehen wird, das ist allerdings noch ungewiss. (ud)