Forschung

LEC statt LED

10.05.2022 - Lichtemittierende elektrochemische Zellen für Weißlicht.

Lichtemittierende elektro­chemische Zellen (LEC) sind die einfachsten und kosten­günstigsten Dünnschicht-Beleuchtungs­vorrichtungen, die es bisher gibt. Sie bestehen aus einer einzigen aktiven Schicht. Anwendung finden sie beispielsweise für Elektro­lumineszenz­farben und -aufkleber. Der Effekt der Elektrolumineszenz wurde bereits 1905 zum ersten Mal gezeigt. Zwei Wissenschaftler stellten damals das Vorhandensein von Licht unter angelegter Spannung in verschiedenen Mineralien und Metallen fest und waren in der Lage, die Intensität mit der Spannung und der Wärme­erzeugung zu korrelieren. Ihre Prototypen gelten als die ersten licht-emit­tierenden Dioden (LEDs). „Eine technische Nutzung des Effekts wurde aber erst später möglich“, erklärt Rubén D. Costa von der Technischen Universität München.

Die Forschungsgruppen von Rubén D. Costa am TUM Campus Straubing für Bio­technologie und Nach­haltigkeit und Claudia Barolo an der Universität Turin haben nun den ersten Ansatz zur Entwicklung von LEC-Strahlern und aktiven Schichten entwickelt und damit hervorragende blaue und weiße LECs auf der Grundlage von Kupfer(I)-Komplexen geschaffen. „Um günstige Bauelemente zu entwickeln, die weißes Licht abstrahlen, wird Blaulicht benötigt. Der bisherige Mangel an blauen Strahlern behinderte jedoch den Übergang vom Labor zum realen Markt. Die Erzeugung von blauen Strahlern ist demnach ein Meilenstein in der Dünnschicht­beleuchtung. Wenn blaue Bauelemente erst einmal da sind, können wir weiße Bauelemente relativ einfach herstellen“, sagt Costa.

Und genau diese Erzeugung von blauen Strahlern ist den Forschungs­gruppen nun gelungen. Sie haben erfolgreich Data-Science-Tools eingesetzt, um eine statistische Beziehung zwischen der Röntgenstruktur und den elek­tronischen Merkmalen von Kupfer(I)-Komplexen mit Dimin- und Diphosphin­liganden herzustellen. Gleichzeitig haben sie die strukturellen und elektronischen Parameter und ihre Wechsel­beziehungen zur Bestimmung der Emissions­farbe, des Wirkungsgrads und der Lumineszenz der Bauelemente untersucht. Nach umfangreichen Daten­auswertungen verschiedener bekannter Ansätze ist ein neues Design für blaue LECs mit einer hervorragenden Leistung im Vergleich zu Geräten mit herkömm­lichen Emittern entstanden.

„Mit den neuen leistungsstarken blauen LECs können einschichtige weiße LECs auf Kupfer(I)-Basis mit einer hochwertigen weißen Farbe mit einem Farbwieder­gabeindex von 90 realisiert werden“, sagt Claudia Barolo von der Universität Turin. Der Farbwieder­gabeindex kann maximal einen Wert von 100 einnehmen. Er gibt an, wie natürlich Farben von beleuchteten Gegenständen bei einer bestimmten Lichtquelle wirken. Mit einem Wert von 90 ist er damit schon sehr gut. Diese Arbeit zeigt einen neuen Weg auf, das Design von Emittern und aktiven Schichten in der Dünnschicht­beleuchtung zu rationalisieren. „Wir sind überzeugt davon, dass mit unserem Analysemodell ein erster Schritt in Richtung fort­geschrittener maschineller Lernmethoden für das Feindesign auch anderer aktiver Verbindungen getan ist", erklärt Costa.

TUM / JOL

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