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THERMOLED Thermisches Verhalten von OLEDs: Einen ganzheitliche Betrachtung

Während es dank intensiver Bemühungen seitens der akademischen und industriellen Forschung gelungen ist, die Technologie der organischen Leuchtdioden (OLED) am Markt zu etablieren, verbleiben nachwievor fundamentale Herausforderungen. Dies müssen überwunden werden, um das volle Potential dieser Technologie auszuschöpfen. Besonders für Anwendungen als Beleuchtungsmittel sind die bisher kaum behandelten thermischen Eigenschaften der Bauelemente entscheidend, wobei im Gegensatz zu klassischen LEDs aufgrund der materialspezifischen physikalischen Prozesse in organischen Halbleitern eine leicht erhöhte Betriebstemperatur durchaus von Vorteil sein kann. Ziel dieses Projektes ist es, durch eine ganzheitliche Material- und Bauelementeparameter enthaltende Beschreibung des Verhaltens einer OLED mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden, die optimale Betriebstemperatur zu bestimmen und Strategien zu entwickeln, um diese im Betrieb zu erreichen.

Ausgangssituation

Es gibt erste Arbeiten zur Abhängigkeit der Lichtemission in organischen Leuchtdioden von der Betriebstemperatur. Dieses wissen ist allerdings sehr punktuell und insbesondere über die Details Wärmetransportmechanismen und das Wechselspiel zwischen Wärmetransport, Ladungstransport und Bauelementgeometrie ist wenig bekannt.

Projektverlauf

Im Projekt wird an folgenden Fragestellungen gearbeitet:

Wie hängt der Wärmetransport in organischen Halbleitern mit deren atomarer Struktur zusammen ? Dazu muss die entsprechende Simulationsmethodik erst etabliert werden, da für molekulare Systeme kaum Vorwissen besteht.

Wie läuft das Wechselspiel zwischen Ladungstransport, Wärmetransport, Exzitonenrekombination, Joule-Heating und Lichtauskopplung in organischen Leuchtdioden ? Dazu wird ein integriertes Simulationspaket entwickelt.

Wie korrellieren die Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten und wie können als Folge der erzielten Ergebnisse verbesserte Bauelemente realisiert werden ? Dazu wird die entsprechende experimentelle Infrastruktur aufgebaut und es werden Modellbauelemente vermessen.

Zentrale erste Ergebnisse des Projekts zur zuverlässigen Vorhersage von Schwingungseigenschaften in organischen Halbleitern wurden im rennomierten Jorunal of Physical Chemistry Letters (dem von der American Chemical Society herausgegebenen wichtigsten Journal im Bereich der Physikalischen Chemie) veröffentlicht.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.7b01634

Weitere Veröffentlichungen sind teilweise bereits akzeptiert, aber noch nicht erschienen, bzw. in Vorbereitung.

Ergebnisse

Atomistische Simulationen: Etablierung einer zuverlässigen Methodik zur hochgenauen Simulation von Schwingungsprozessen in molekularen Festkörpern (diese Schwingungen sind für den Wärmetransport entscheidend); vergleichende Untersuchungen unterschiedlicher theoretischer Ansätze zur Simulation von wärmetransport in organischen Halbleitern; Aufklärung erster belastbarer Struktur-zu-Eigensachaftenbeziehungen für Wärmetransportprozesse in organischen Halbleitern.

Aufklärung der relativen Bedeutung von Wärmeleitungs- und Wärmeübergangsprozessen in organischen Leuctdioden; Untersuchung der Bedeutung der Rolle der Schichtabfolge in Multilagenbauelementen für Wärmetransport und damit Bauelementeffizienz.

Etablierung einer experimentellen Multiparameterplatform; Charakterisierung erster Modellbauelemente.

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Steckbrief