Das Projekt "Teilvorhaben: Bauteilphysik von ELQ-LEDs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Augsburg, Institut für Physik, Lehrstuhl für Experimentalphysik I und Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung durchgeführt. Dieses Projekt hat als übergeordnetes Ziel, Quanten-Materialien für neue innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar zu machen. Dazu sollen die Vorteile von Quantenpunkten (schmalbandige, spektral durchstimmbare Lumineszenz) mit der einfachen elektrischen Ansteuerung von flächenhaften OLED-Lichtquellen vereinigt werden. Um das Beste aus beiden Welten tatsächlich zu einem Mehrwert zu kombinieren, bedarf es jedoch eines fundierten Grundlagenverständnisses der Funktionsweise dieser hier als 'ELQ-LEDs' (electroluminescent quantum materials based light emitting device) bezeichneten Bauteile. Dieses zu erlangen steht im Fokus dieses Teilvorhabens. Insbesondere sollen Effizienz-limitierende Prozesse im Betrieb der ELQ-LEDs bei hohen Strömen und Temperaturen - also der sog. 'Roll-off' - untersucht und die physikalischen Ursachen identifiziert werden. Des Weiteren sollen Ursachen der Bauteildegradation erforscht werden, die die Grundlage für eine zukünftige Bauteilentwicklung mit Anwendungsperspektive im Automobilsektor liefert. Die Innovationen des Projekts basieren darauf, dass erstens Cadmium-freie Quanten-Materialien zum Einsatz kommen und zweitens, dass diese selbst als elektrisch ansteuerbare, Licht-emittierende Schichten eingesetzt werden. Für diese Materialien gibt es bisher keine entsprechenden Untersuchungen der Bauteilphysik in der Literatur, so dass hier auch wissenschaftlich Neuland betreten wird. An der Universität Augsburg werden dedizierte elektro-optische Experimente entwickelt, die die Bestimmung der Lumineszenzeffizienz der Quantenpunkte während des Betriebs des Bauelements ermöglichen. Dazu werden sowohl die Intensität wie auch die Abklingzeit der Lumineszenz als Funktion des angelegten elektrischen Feldes bzw. des fließenden Stroms vor und nach der Degradation der ELQ-LEDs untersucht. Gemeinsam mit den Partnern sollen daraus Designregeln für die Materialien sowie den Stackaufbau des Bauelements abgeleitet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung von Quanten-Dot-basierten OLED-Bauteilen zur Anwendung im Automobilbereich und in Displays" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OSRAM OLED GmbH durchgeführt. Quanten-Materialien (QM) sollen für neue innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar gemacht werden. Die neuen Materialien der Partner Merck und Fraunhofer IAP werden als Tinten formuliert und neue Bauteilarchitekturen erstellt. Mittels zweier Demonstratoren werden die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Technologie veranschaulicht und begreifbar gemacht. Einer der Demonstratoren wird als automobiler Rücklichtdemonstrator gestaltet, als Ergänzung zu den innovativen OLED Rückleuchten; als zweite Anwendung wird eine displayartige Anzeige demonstriert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ladungsträgerdynamik und Transferprozesse in Quantenmaterialien eingebettet in LED Architekturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Sektion Physik, Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik durchgeführt. Das Ziel ist die Untersuchung von neuartigen cadmiumfreien Quantenpunkten (QDs), basierend auf III-V und II-VI Halbleitermaterialien, die in einer Matrix zwischen selektiven Transportschichten (TL) eingebettet sind, in Bezug auf Rekombinations- und Relaxationsdynamiken sowie Energie- und Ladungstransfer. Die vom Verbundpartner Merck hergestellten QDs werden bezüglich ihrer optischen Eigenschaften grundlegend untersucht und diese Informationen zurück an den Verbundpartner (AP1) zurückgeschickt sowie an die Partner des AP5 weitergeleitet zur Unterstützung des Bauteilverständnisses. Der Fokus soll dabei auf das Verständnis der Prozesse nach optischer Anregung und ihre Beeinflussung durch intrinsische Faktoren wie QD-Größe und Schalendicke sowie durch extrinsische Faktoren wie Matrixmaterial gelegt werden. Des Weiteren sollen Energie- und Ladungstransfer innerhalb des Systems EML/TL untersucht werden. Im Rahmen dieses TV werden fundamentale Eigenschaften der QM-basierter Emitterschicht und der sie umschließenden selektiven Transportschichten bestimmt. Um dies zu realisieren, wird das AP in verschiedene Teilarbeitspakete (TAP) aufgeteilt. Da das zu untersuchende System ähnlich wie eine Zwiebel, mit verschiedenen sich umgebenden Schichten aufgebaut ist, werden auch die TAP in einer ähnlichen Weise aufgebaut werden. Angefangen in der Mitte beim einfachen QD bestehend aus Kern und Schale bis hin zur gesamten Struktur wird somit in jedem TAP sukzessive eine Schicht hinzuaddiert und das neue Teilsystem grundlegend untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung der Material-, Schicht- und Deviceeigenschaften zur Bewertung der Eignung für LED Bauelemente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Physik durchgeführt. Dieses Projekt hat als übergeordnetes Ziel, Quantenmaterialien für neue, innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar zu machen. Die Innovationen des Projekts basieren darauf, dass erstens Cadmium-freie Quantenmaterialien zum Einsatz kommen und zweitens diese selbst als elektrisch ansteuerbare, Licht-emittierende Schichten eingesetzt werden. Als Kernmaterialien sollen hier Indiumphosphid und Indiumzinkphosphid für rot leuchtende bzw. Zinkselenid für blau leuchtende Quantenmaterialien genutzt werden. Für diese Materialien müssen zunächst grundlegende, neue Erkenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen den anorganischen Quantenmaterialien, ihrer Ligandenoberfläche und den umgebenden organischen Materialien erarbeitet werden. Ziel ist es hierbei vor allem, die Zusammenhänge zwischen Farbspektrum, Bandbreite und Leuchteffizienz der Quantenmaterialien auf der einen Seite sowie ihren chemischen und strukturellen Eigenschaften auf der anderen Seite zu verstehen, um die gewünschten Eigenschaften beim Schichtdesign gezielt einstellen zu können. In den neuen Quantenmaterialien wird die Abhängigkeit der optoelektronischen Eigenschaften von den chemischen und strukturellen Eigenschaften zunächst an den reinen Quantenmaterialien untersucht, bevor in einem zweiten Schritt der Einfluss des einbettenden Matrixmaterials untersucht wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Beiträge der einzelnen Materialien zu den Eigenschaften des fertigen OLED-Bauteils aufgeschlüsselt werden können. Für beide Schritte werden jeweils die Zusammensetzung und die Phasenreinheit sowie die Größe und die Packungsdichte bzw. die Verteilung der Quantenmaterialien analysiert und ihre Wechselwirkungen mit dem Farbspektrum, der Leucht-Effizienz und der Rekombinationsdynamik ausgewertet. Damit einher geht die Identifikation von Verlustmechanismen und potentieller Ursachen, so dass eine weitere Optimierung der Effizienz ermöglicht wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Materialsynthese und Tintenformulierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck KGaA durchgeführt. In dem Verbundprojekt 'Erforschung von Quanten-Materialien in OLEDs - Neue Wege zur Realisierung innovativer optoelektronischer Bauteile für zukünftige brillante Displays und Beleuchtung' werden gemeinsam von der Merck KGaA, der OSRAM OLED GmbH, dem Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung und den Universitäten Augsburg, München und Oldenburg neuartige, nanoskalige Funktionsmaterialien in organischen Leuchtdioden (OLEDs) erforscht und eingesetzt. Diese könnten dann in Beleuchtungsanwendungen z.B. im Automobilbereich oder in hochauflösenden Displays eingesetzt werden. Die erwarteten Vorteile sind eine höhere Effizienz mit verbundener Energieeinsparung. Nanoskalige, optische Materialien, sog. Quanten-Materialien erlauben schmale Emissionsbanden und die Möglichkeit der einfachen Farbeinstellung. Bisher enthalten die Großzahl etablierter Quanten-Materialien jedoch hochgiftige Schwermetalle wie Cadmium. Innerhalb des Projektes sollen deshalb unproblematische Alternativen gefunden und evaluiert werden. Ebenso wie angepasste Matrix- und Transportmaterialien werden die neuen Systeme in Tinten formuliert und anschließend durch Druck- und Beschichtungsverfahren zu einem funktionsfähigen Bauelement verarbeitet. Über die Herstellung reiner Laborproben hinaus soll die Leistungsfähigkeit dieser Materialien auch in anwendungsnahen Demonstratoren gezeigt werden. MERCK wird in diesem Verbundprojekt nanoskalige Quanten-Materialien mit optimierten Eigenschaften für diese Verwendung entwickeln. Zusätzlich werden aus dem OLED-Materialportfolio Matrix-, Transport- und Injektionsmaterialien geeignete Strukturen modifiziert, um langlebige Bauelemente zu ermöglichen. Die Auswahl und Entwicklung dieser Materialien wird dabei unterstützt durch quantenchemische und andere theoretische Berechnungen. Die Materialien werden zum einen als Spincoating-Formulierungen bereitgestellt, aber auch zu Drucktinten verarbeitet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Quanten-Materialien und deren Wechselwirkung mit Ladungstransportmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Das Vorhaben hat das Ziel, cadmium-freie Quanten-Materialien für neue innovative Anwendungen in der Display- und Beleuchtungsindustrie nutzbar zu machen. Dabei werden die Quanten-Materialien anstelle der in der üblicherweise verwendeten phosphoreszenten Metallkomplexe als emittierendes Material in OLEDs und somit als elektrisch ansteuerbare Licht-emittierende Schichten eingesetzt. Zusätzlich sollen neue Konzepte zur elektronischen Ankopplung der Quanten-Materialien an Matrix- und Ladungstransportmaterialien untersucht werden, um einen besseren Ladungstransfer zwischen Matrix und Quanten-Material zu ermöglichen. Ausgehend von der bisherigen lösungsbasierten OLED Prozessierung mit Hilfe des Inkjet-Drucks sollen die Quanten-Materialien ebenfalls mit der Inkjet-Technologie verarbeitet und entsprechende Tinten entwickelt werden.
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