BMBF-project NEMO: Onderzoek naar nieuwe OLED-materialen succesvol afgerond onder leiding van Merck

Na drie jaar intensief onderzoek op het gebied van nieuwe, oplosbare materialen voor OLEDs (Organische Lichtgevende Diodes) heeft Merck samen met tien andere partners uit industrie en universiteiten het door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderde project „Nieuwe materialen voor OLEDs uit oplossing“ (NEMO) succesvol afgerond. De nieuw ontwikkelde materialen kunnen nu worden geïntegreerd in grootschalige OLED-componenten voor bijvoorbeeld televisies, verlichte displays en verlichting voor objecten of ruimtes. Ze zijn vooral geschikt voor drukprocessen, die vanwege hun hoge materiaalbenutting in vergelijking met traditionele productieprocessen met evaporatiematerialen een kostenefficiëntere productie van OLEDs mogelijk maken. Het totale budget van het project bedroeg 29 miljoen euro. Merck leidde het consortium van elf partners.

Merck ontwikkelde en testte in dit project nieuwe, fosforhoudende materialen voor rode, groene en blauwe toepassingen. Bijvoorbeeld kon de extrapolatie van de levensduur worden verhoogd tot 50% van de initiële helderheid (= duurzaamheid tijdens gebruik) van groene triplet-emitter-materialen van 10.000 uur naar meer dan 200.000 uur, terwijl de efficiëntie van deze materialen werd verhoogd van 30 cd/A naar meer dan 70 cd/A (Candela/Ampère) bij een helderheid van 1000 cd/m².

„Het succes van het project is een grote en belangrijke stap voor drukbare materialsystemen met zeer goede prestatiegegevens“, zegt Dr. Udo Heider, die bij Merck het businessveld OLED leidt. „Hiermee stellen wij onze klanten kostenefficiënte productieprocessen beschikbaar, die door geringe materiaalverliezen in de productie uiteindelijk ook milieuvriendelijker zijn.“

De omvang van het project varieerde van lichtgevende materialen die uit een oplossing kunnen worden verwerkt, via ladingsdragende materialen tot nieuwe lijmen voor betrouwbare encapsulatie van elk OLED-component. Daarnaast werden fysische onderzoeken uitgevoerd aan de materialen en de OLED-componenten, die een uitgebreidere kennis voor toekomstige materiaalontwikkeling mogelijk maken.

Naast Merck waren bij het project betrokken: de Berliner Humboldt-Universität, Delo Industrie Klebstoffe, Enthone GmbH, Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG, Universität Potsdam, Universität Regensburg en Universität Tübingen.

Berliner Humboldt-Universität
Aan de Humboldt-Universität in Berlijn werden met behulp van modulaire synthese-strategieën nieuwe elektronen-transportmaterialen vervaardigd en getest.

DELO Industrie Klebstoffe
Het bedrijf richtte zich op de ontwikkeling van lijmen met een lage waterdampdoorlaatbaarheid voor vlakke encapsulatie. Een belangrijk onderdeel van het werk lag op het optimaliseren van de compatibiliteit van de lijm met de OLED-materialen. Geschikte lijmsystemen werden geïdentificeerd en er kon een duidelijke vermindering van defecte plekken in het apparaat worden bereikt. De ontwikkelde systemen werden uitgebreid gekarakteriseerd.

Enthone GmbH (voorheen Ormecon)
In het Enthone Nano Science Centre in Ammersbek werden dispersies van het elektrisch geleidende polymeer polyaniline ontwikkeld, waaruit ladingsdragerschichten voor OLEDs werden vervaardigd. Zulke displays vertoonden gelijke elektrische eigenschappen als die met het tot nu toe gebruikte materiaal.
Voor de karakterisering van OLED-componenten werden de door Merck vervaardigde OLEDs onderzocht met impedantiespectroscopie. Er konden instabiele gebieden worden geïdentificeerd die verantwoordelijk zijn voor de korte levensduur van de OLEDs. Daarnaast konden uit impedantiemetingen aan kortstondig belastte displays voorspellingen worden gedaan over de levensduur.

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Het Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam (IAP) ontwikkelde op polymeer gebaseerde fosforhoudende systemen voor groene en rode Merck-emitter. Geschikte ladingsdragemoleculen werden als zijgroepen aan een polymeerhoofdketen gebonden en het kon worden aangetoond dat dit leidde tot vergelijkbare of zelfs verbeterde prestatieparameters en levensduren van OLEDs in vergelijking met oplosmiddelbare kleine moleculen. Voor „Groen“ werden stroomefficiënties van 61 cd/A en levensduren van 66.000 uur bij 1000 cd/m² bereikt.

Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG (voorheen H.C. Starck Clevios GmbH)
Het bedrijf ontwikkelde nieuwe materialen voor tussenlagen, waarmee de injectie van ladingsdragers uit de anode in de emissielaag van de OLED wordt verbeterd en die bijdragen aan een langere levensduur van het apparaat. De werkingsenergie van de hol-injectielagen kan nu in een breed bereik van 4,8 – 6,1 eV doelgericht worden ingesteld. Wateroplosbare polymeer-gegenionen werden ontwikkeld, waarmee voor het eerst watervrije PEDOT-materialen konden worden gerealiseerd. Tegelijkertijd werd gewerkt aan transparante elektroden die uit oplossing kunnen worden afgezet en die kostenreductie van OLEDs moeten bevorderen. De geleidbaarheid van de PEDOT:PSS-films kon verder worden verhoogd. Eerste OLED-lampen zonder ITO werden gerealiseerd. Door combinatie met zeefgedrukte zilverlijnen werden OLED-oppervlakken zonder zichtbaar luminantieverlies van rand tot midden van het apparaat mogelijk gemaakt.

Universiteit Potsdam
Onderzoekers van de Universiteit Potsdam onderzochten fysische eigenschappen zoals ladingsdragertransport en excitatie-dynamiek in nieuw gesynthetiseerde materialen en in het voltooide apparaat. In combinatie met stationaire en transient simulaties konden inzichten worden verkregen over welke processen de efficiëntie van de lichtdiodes beperken en welke de veroudering van de componenten bepalen.

Universiteit Regensburg (met twee leerstoelen vertegenwoordigd)
In de werkgroep van professor Yersin werden nieuwe emitterklassen ontwikkeld met sterke en zwakke metaal-metallische wisselwerkingen, die de in Regensburg ontdekte singulet-harvesting-efficiëntie vertonen. Hiermee is het mogelijk om hoogefficiënte emitteren voor OLEDs op basis van zeer goedkope kopercomplexen te realiseren. Deze werken over singulet-harvesting met nieuw ontwikkelde emitteren uit kopercomplexen werden in april 2012 bekroond met een innovatieprijs op de internationale conferentie „SPIE Organic Photonics“ in Brussel.
Daarnaast werden in de werkgroep van professor König emitterbibliotheken gesynthetiseerd volgens een eenvoudig, combinatorisch protocol. Voor snelle en bijna geautomatiseerde identificatie en karakterisering van de individuele emitteren, evenals voor hun fotostabiliteitsonderzoek, werd een screening-systeem ontwikkeld. Het degradatiegedrag van veel stoffen kon zo worden onderzocht en conclusies getrokken over verschillende degradatiemechanismen.

Universiteit Tübingen (met twee leerstoelen vertegenwoordigd)
De groepen van Tübingen leverden nieuwe metallorganische complexverbindingen die als luminescente moleculen in OLEDs kunnen worden toegepast. In chemische syntheses werden coördinatieverbindingen van de metalen rodium, iridium, palladium, platina, koper, zilver en goud vervaardigd, gekarakteriseerd en nieuwe, veelbelovende geleidstructuren voor emittermaterialen ontwikkeld.
Persberichten van Merck KGaA worden gelijktijdig met de publicatie op internet ook per e-mail verzonden. Gebruik de webadres http://www.newsabo.merck.de om u online te registreren, uw selectie aan te passen of de service te beëindigen.