Dankzij intensief onderzoek in de afgelopen drie decennia, organische light-emitting diodes (OLED's) hebben de elektronicamarkt gestaag veroverd - van OLED-schermen voor mobiele telefoons tot uitrolbare televisieschermen, de lijst met toepassingen is lang.

Het huidige OLED-onderzoek richt zich met name op het verbeteren van de prestaties van witte OLED's voor verlichtingselementen zoals plafond- of auto-interieurverlichting. Aan deze componenten worden veel strengere eisen gesteld op het gebied van stabiliteit, hoekemissie en energie-efficiëntie.

Aangezien light-emitting diodes alleen monochroom licht produceren, fabrikanten gebruiken verschillende additieve kleurmengprocessen om wit licht te produceren.

Sinds de eerste ontwikkeling van witte OLED's in de jaren '90, er zijn talloze inspanningen geleverd om een ​​uitgebalanceerd witspectrum en een hoge lichtopbrengst op een praktisch luminantieniveau te bereiken. Echter, de externe kwantumefficiëntie (EQE) voor witte OLED's zonder extra uitkoppelingstechnieken kan vandaag slechts 20 tot 40 procent bereiken. Ongeveer 20 procent van de gegenereerde lichtdeeltjes (fotonen) blijft gevangen in de glaslaag van het apparaat. De reden hiervoor is de totale interne reflectie van de deeltjes op het grensvlak tussen glas en lucht. Verdere fotonen worden gegolfd in de organische lagen, terwijl anderen uiteindelijk verdwalen bij de interface naar de bovenste metalen elektrode.

Er zijn talloze benaderingen onderzocht om de ingesloten fotonen uit OLED's te extraheren. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Dr. Simone Lenk en Prof. Sebastian Reineke van de TU Dresden heeft nu een nieuwe methode gepresenteerd voor het vrijmaken van de lichtdeeltjes, gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie .

De natuurkundigen introduceren een gemakkelijke, schaalbare en vooral lithografievrije methode voor het genereren van controleerbare nanostructuren met directionele willekeur en dimensionale volgorde, waardoor de efficiëntie van witte OLED's aanzienlijk wordt verhoogd. De nanostructuren worden geproduceerd door reactief ionenetsen. Dit heeft als voordeel dat de topografie van de nanostructuren gericht gestuurd kan worden door de procesparameters aan te passen.

Om de verkregen resultaten te begrijpen, de wetenschappers hebben een optisch model ontwikkeld dat kan worden gebruikt om de verhoogde efficiëntie van OLED's te verklaren. Door deze nanostructuren te integreren in witte OLED's, een externe kwantumefficiëntie tot 76,3% kan worden bereikt.

Voor dr. Simone Lenk, de nieuwe methode opent tal van nieuwe wegen:"We waren al lang op zoek naar een manier om nanostructuren specifiek te manipuleren. Met reactief ionenetsen, we hebben een kosteneffectief proces gevonden dat kan worden gebruikt voor grote oppervlakken en dat ook geschikt is voor industrieel gebruik. Het voordeel ligt in het feit dat de periodiciteit en hoogte van de nanostructuren volledig kunnen worden aangepast via de procesparameters en dat zo een optimale uitkoppelingsstructuur voor witte OLED's kon worden gevonden. Deze quasi-periodieke nanostructuren zijn niet alleen geschikt als uitkoppelingsstructuren voor OLED's, maar hebben ook het potentieel voor verdere toepassingen in de optica, biologie en mechanica."