Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind eine zukunftsweisende Alternative zu herkömmlichen Leuchtmitteln. OLEDs erreichen schon heute wesentlich höhere Wirkungsgrade als beispielsweise eine Glühbirne oder Halogenlampe. Zudem können flächige Lichtquellen aus OLEDs hergestellt werden. Mehrere, ca. 10 bis 100 nm dicken, funktionalen organische Schichten bilden zusammen eine OLED. Funktion und Wirkungsgrad hängen dabei von der Homogenität der Schicht und der exakten Einhaltung der Schichtdicken ab. Je nach verwendeten Materialien können unterschiedliche Wellenlängen der Lichtemission erreicht werden, wie in Abbildung 1 zu sehen ist.
Neben der Gasphasenabscheidung kommt die Flüssigphasenapplikation als Herstellungsverfahren in Frage. Am Institut wird ausschließlich an der Prozessierung aus der Flüssigphase geforscht, da dieses Verfahren besonders vielversprechend für die großflächige und kostengünstige Herstellung von OLEDs ist.
Parallel zu den zahlreichen Experimenten wird intensiv an einer Simulation gearbeitet, die in der Lage sein soll, die ablaufenden Stofftransportvorgänge bei der OLED-Herstellung, wiederzugeben und vorherzusagen. Zu den ablaufenden Stofftransportvorgängen zählen dabei die Diffusion aller Komponenten als auch die Verdunstung sowie die Sorption des Lösemittels. Von Interesse ist hierbei, in wie weit sich die unterschiedlichen, funktionalen Schichten beim Herstellungsprozess (insbesondere bei der Trocknung) vermischen und ob die Vermischung in Abhängigkeit der Trocknungsbedingungen (teilweise) verhindert werden kann. Hierzu sollen für verschiedene Stoffsysteme charakteristische Vermischungszeiten bestimmt und verglichen werden.
Zurzeit existiert ein Simulationsprogramm, mit dem eindimensionale, fiktive Mehrschichtsysteme abgebildet werden können. Beispielhaft sind Ergebnisse in Abbildung 2 dargestellt.
Knackpunkt der Simulation sind verlässliche Daten bzw. Modelle für den Diffusionskoeffizienten, das Phasengleichgewicht sowie die Löslichkeiten der Moleküle in den unterschiedlichen Lösemitteln. Hier ist denkbar an Hand von thermodynamischen Potentialtheorien eine Berechnungsmethode abzuleiten und im Anschluss in das Simulationsprogramm zu implementieren.
Neben der Optimierung der vorhandenen Simulation steht daher vor allem deren Erweiterung im Fokus um zukünftig reale Systeme unter realen Prozessbedingungen simulieren zu können. Zu den benötigten Erweiterungen gehören beispielsweise die Implementierung eines lokalen Stoffübergangskoeffizienten auf Gasphasenseite oder die Berücksichtigung von Oberflächenspannungsphänomenen (sogenannte Marangoni-Konvektion). Für die Validierung der Simulation können Modelstoffsysteme verwendet werden. Dazu werden die Modellstoffsysteme mit der am Institut vorhanden Inversen-Mikro-Raman-Spektroskopie (IMRS) vermessen. Anschließend können die experimentellen Ergebnisse mit den Simulationsergebnissen verglichen werden.
Mit Hilfe der Simulation soll es zukünftig möglich sein, Aussagen über die Prozessbedingungen für die hochwertige Herstellung von OLEDs zu treffen.
Projektpartner:
Merck AG
Danksagung:
Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Allianz Industrie Forschung (AiF) und Philips Technologie GmbH finanziert.