Leuchtend weiß: Lösungsmittelfreie lumineszierende organische Flüssigkeiten für die organische Elektronik

19.03.2012 - Japan

Die Zukunft wird von einer organischen Elektronik dominiert werden, im Gegensatz zur aktuellen Siliziumtechnologie. Ein internationales Forscherteam stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt eine leuchtende organische Flüssigkeit vor, die wie Tinte aufgetragen werden kann. Werden zwei weitere Farbstoffe darin gelöst, entsteht eine weiß leuchtende Paste, die einen neuen Weg zu Anwendungen wie großflächigen Displays und weißen Leuchtdioden eröffnen könnte.

Heutige Ansätze für eine organische Elektronik bestehen meist aus Kunststoff-Folien als Träger, auf die Leiterbahnen und Bauelemente aus leitfähigen organischen Molekülen kostengünstig aufgedruckt oder aufgeklebt werden. Daher ist die organische Elektronik als „Wegwerfelektronik“ interessant, etwa für elektronische Preisschilder. Vor allem aber sind Anwendungen realisierbar, die mit der klassischen Elektronik nicht herstellbar sind, wie flexible Folien mit integrierten Schaltungen als Basis z.B. für neuartige Flachbildschirme oder „elektronisches Papier“. Eine dritte Sparte sind Anwendungen, die auf eine kostengünstige Massenfertigung angewiesen sind, um rentabel zu werden, wie die Photovoltaik.

Für die Entwicklung großflächiger Bauteile wie Displays wird unter anderem nach kostengünstig herstellbaren organischen Beschichtungen gesucht, die weißes Licht emittieren. Bisherige Gel- oder Lösungsmittel-basierte flüssige „Farben“ sind zwar leicht aufzutragen, zeigen sich nach dem Trocknen aber oft nicht mehr farbstabil oder leuchten kaum noch. Bei festen Stoffen ist die Verarbeitung dagegen zu aufwendig.

Das Team um Takashi Nakanishi vom National Institute for Materials Science in Tsukaba (Japan) verfolgt einen anderen Ansatz: ungeladene organische Stoffe, die bei Raumtemperatur flüssig sind und leuchten – und keine Lösungsmittel benötigen. Den elektronisch aktiven Part der Moleküle bilden lineare Ketten aus Kohlenstoffatomen, die über π-konjugierte Doppelbindungen verknüpft sind. Das bedeutet, dass die Elektronen über einen weiten Bereich des Moleküls frei beweglich sind. Dieser Kern wird abgeschirmt durch niederviskose organische Seitenketten, die dafür sorgen, dass die Kernbereiche nicht untereinander wechselwirken und die Substanz flüssig bleibt.

Es gelang den Forschern, eine unter UV-Licht blau fluoreszierende Flüssigkeit herzustellen. In dieser lösungsmittelfreien Flüssigkeit lösten sie einen grün und einen orange emittierenden Farbstoff. Auf diese Weise erhielten sie eine haltbare, stabil weiß emittierende Paste, deren Leuchten sich über das Mischungsverhältnis der drei Komponenten von „kühlem“ blaustichigem Weiß über reines Weiß bis hin zu „warmem“ gelblichem Weiß justieren ließ. Per Tintenroller kann man mit dieser leuchtenden Tinte direkt schreiben oder sie mit einem Pinsel flächig auf die verschiedensten Oberflächen auftragen. Durch Auftragen auf eine handelsübliche UV-LED konnten sie zudem weiße Leuchtdioden herstellen.