OPAL Organische Phosphoreszenzlichtquellen für Anwendungen im Lichtmarkt Aufklärung der Abbaumechanismen der Organischen Leuchtdioden

Organic light emitting diodes (OLEDs) stecken bei der Verwendung als Flachdisplays noch in den Kinderschuhen der Technik. Zurzeit werden die Flüssigkristalldisplays (LCD= Liquid Crystal Display) in über 90% des globalen Marktes für Flachbildschirme verwendet. In den Laboratorien der chemischen Industrie wie auch in der Elektronikbranche rückt seit der Entwicklung von OLEDs- Materialien eine neue Technologie heran, die in nicht allzu ferner Zukunft den Markt revolutionieren wird. Diese OLEDs weisen jedoch eine geringe Lebensdauer auf. Somit spielt neben der Entwicklung von hoch effizienten Materialien, die über die gesamte Betriebsdauer der organischen Leuchtdioden hinweg ein gleichmäßiges Leuchten ohne Farbverschiebungen gewährleisten, auch die Erhöhung der Lebensdauer eine besondere Rolle. Die Ursache für die geringe Lebensdauer ist bis zum heutigen Zeitpunkt noch nicht geklärt. In der Weiterentwicklung der Displaytechnologie auf Basis von organic light emitting devices spielt die Langzeitstabilität eine entscheidende Rolle.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Abbauprozess der organischen Leuchtdioden zu untersuchen. Anhand des experimentellen Datenmaterials und der erarbeiteten Informationen, sollten Vorschläge zur Aufbaumodifikation und Optimierung der Materialeigenschaften der elektrisch optischen aktiven Devicematerialien gemacht werden, mit dem Ziel die Langzeitstabilität der Organischen Leuchtdioden erheblich zu verbessern. Somit spielen Aufklärung und Charakterisierung der Abbauprodukte von elektronisch optisch aktiven Materialien im Device Betrieb eine wichtige Rolle in der Klärung des Versagens der Devices. Es sind zahlreiche Übersichtsartikel über die Herstellung und Aufbau von OLEDs publiziert. Der biomolekulare Abbaumechanismus ist jedoch von elektrisch optisch aktiven Materialien nur auf Basis von theoretischen Vermutungen und Überlegungen erklärt. Dabei soll die Bauelementalterung von Einzelschichtsystemen, als auch von Mehrschichtsystemen, in experimenteller Hinsicht untersucht und geklärt werden.

Aufgrund der besseren Lebensdauer und Bildqualität gegenüber den PLEDs soll das Projekt zunächst mit den so genannten kleinen Molekülen (SMOLEDs) befassen. Die Bauelementalterung von Einzelschichtsystemen, als auch von Mehrschichtsystemen, sollen in experimenteller Hinsicht untersucht und geklärt werden. Ein Schwerpunkt der Arbeiten wird neben der Probenvorbereitung auch die Methodenentwicklung für analytische Geräten sein, um die Alterungsphänomene in den Lochleiterschichten (HTL), Emissionsschichten (EML) und Elektronentransportleiter (ETL) von Mehrschichtsystemen zu untersuchen. Theoretische Vermutungen, dass unter Betrieb einer organischen Leuchtdiode, die Anoden- und Kathodenmaterialien, sowie Sauerstoff und Wasser Einfluss auf den Abbauprozess von Halbleitermaterialien aufweisen, sollten auch hier mittels analytischer Methoden bestätigt werden. Mit spektroskopischem und chromatographischen Equipment sollen die Abbauprodukte der organischen Moleküle in OLEDs bestimmt werden, um damit den Abbaumechanismus der organischen Leuchtdioden zu verstehen. Dabei stellen die LC/ APCI-MS und LC/ ESI-MS als auch die TD-GC/EI-MS und TD-GC/CI-MS Chromatographie in diesem Zusammenhang eine leistungsfähige Methode dar. Herausforderungen beinhalten auch inwieweit die Strom- und Spannungsdichte sowie die Strahlungsintensität Einfluss auf den Aufbau des Devices aufweisen.

In der ersten Phase des Forschungsprojektes soll eine Methode zur chromatographischen Trennung mittels der LC/ APCI-MS bzw. LC/ ESI-MS von Emissionsschichten, Lochleiter-schichten und Elektronenleiterschichten durchgeführt werden. Desweiteren wird parallel die Stabilität der Device Materialien mittels der GC Thermodesorption / MS untersucht. Dabei ist zu überprüfen in wieweit die verwendeten Materialien während einer Thermodesorption zersetzt werden und Abbauprodukte liefern. Die Isolierung und Aufarbeitung der elektronisch aktiven Materialien sollen zunächst in einem offenen System und später in einer geschlossenen Apparatur durchgeführt werden. Die erarbeiteten analytischen Methode und Probenvorbereitung  werden zu Beginn des Projektes zunächst an Monolayer und später an Multilayern erprobt. Einfluss von verschiedenen Stressparametern wie der Spannungsdichte, Stromdichte und Strahlungsintensität sollen mögliche Erkenntnisse in der biomolekularen Degradationsprozesses liefern.