Kleur van OLED voorspellen eindelijk mogelijk door nieuwe modellering

OLEDs - dunne, lichtgevende vlakken - worden gezien als de lichtbronnen van de toekomst. Witte OLEDs bestaan uit gestapelde ultradunne lagen met elk een eigen kleur licht, die samen wit licht opleveren. Het was tot nu toe onmogelijk vooraf te berekenen wat voor licht precies gaat komen uit een witte OLED; fabrikanten moesten dat met ‘trial and error’ uitproberen. Onderzoekers van onder meer de Technische Universiteit Eindhoven, Philips Research en de Technische Universität  Dresden hebben nu een hulpmiddel ontwikkeld waarmee ze heel precies kunnen berekenen welk licht een OLED-ontwerp gaat opleveren. Ze modelleerden hiervoor de complexe processen in OLEDs op moleculaire schaal. Hierdoor kunnen fabrikanten veel gerichter en goedkoper OLEDs gaan ontwerpen, en de energie-efficiëntie en levensduur kunnen omhoog. De resultaten zijn zondag 14 april online verschenen bij het gezaghebbende tijdschrift Nature Materials.
Het lijkt erop dat OLEDs - organic light emitting diodes – een revolutie in de verlichtingswereld gaan veroorzaken. OLEDs zijn lichtgevende vlakken en daardoor zijn het prettigere lichtbronnen dan puntbronnen zoals een peertje of een normale LED. Daarnaast kunnen ze flexibel en doorzichtig zijn, wat allerlei nieuwe mogelijkheden biedt. En: OLEDs worden – in tegenstelling tot normale LEDs - gemaakt van zeer goedkope materialen, waarvan bovendien maar een heel dun laagje nodig is. De verwachting is dan ook dat OLEDs bij massaproductie goedkoop gaan worden. Dit filmpje toont wat er allemaal al mogelijk is: http://www.dezeen.com/2012/12/13/oled-philips-lumiblade/
Om te kunnen voorspellen wat voor licht een OLED-ontwerp gaat opleveren, hebben de onderzoekers op het diepste niveau de elektronische processen in de OLED gemodelleerd in de computer. Denk daarbij aan de injectie van elektrische lading, het ontstaan en de verspreiding van zogenaamde excitonen – aangeslagen duo’s van een positief ladingsgat en een elektron - en het ontstaan daaruit van individuele fotonen, het uiteindelijke licht. “We dachten vooraf dat het nooit mogelijk zou zijn”, vertelt onderzoeker Peter Bobbert van de TU Eindhoven. De moeilijkheidsgraad zat er vooral in dat elke elektrische ladingsverandering alle andere ladingen beïnvloedt, waardoor de simulatie enorm complex wordt. Toch slaagden ze erin, door gebruik te maken van zogenaamde Monte-Carlo-simulaties, met stapjes van nanoseconden. De resultaten bleken zeer goed overeen te komen met metingen bij Philips aan echte OLEDs, die werden gemaakt aan de TU van Dresden.
Het resultaat is onder meer dat de onderzoekers nu kunnen voorspellen waar in de ultradunne lagen licht wordt gemaakt en verloren gaat. Daardoor wordt het mogelijk om OLEDs zo te optimaliseren dat ze dezelfde hoeveelheid licht kunnen produceren met veel minder stroom. De onderzoekers verwachten dat de efficiëntie nog met een factor drie kan stijgen. Ook kunnen fabrikanten met de nieuwe kennis heel gericht OLEDs met een bepaalde kleur ontwerpen. Ze kunnen vooraf precies uitrekenen hoe dik de verschillende lagen moeten zijn en hoeveel ‘pigment’ er in de lagen moet komen. Doordat het ontwerpproces veel korter en minder kostbaar wordt, kunnen de ontwikkelingskosten omlaag, waardoor ook de prijs kan dalen. Bobbert: “In de micro-elektronica kunnen ze dit al heel lang; precies voorspellen hoe een chip zich gaat gedragen. Met OLEDs kunnen we dat nu ook.”