Empa lässt Funktionspolymere leuchten
Mit Laserbeschuss zu winzigen Pixeln
Legende: Beim Austesten der Löslichkeit eines Fluoreszenzfarbstoffs. Bildschirme aus organischen Leuchtdioden herzustellen ist eine Kunst: «Zum einen gilt es dafür ultradünne, nur 100 Nanometer ‹dicke› Schichten übereinander aufzutragen. Gleichzeitig müssen die farbig leuchtenden Polymere strukturiert und punktgenau verteilt werden», erklärt Matthias Nagel, Chemiker in der Abteilung «Funktionspolymere». Bis anhin wurde dazu eine Mikroprinting-Technik verwendet. Empa-Forscher haben nun zusammen mit Kollegen aus der «Materials Group» vom Paul Scherrer Institut (PSI) einen Ersatz gefunden: Ihre neu entwickelte Methode kommt ohne Lösungsmittel für den Transferprozess aus. Dadurch werden organische Polymere in Pixelform gebracht, ohne dass die Mikrostrukturen ineinander verfliessen. Der Laser katapultiert Pixelmaterial Hitzeresistente Metalle und keramische Pulver werden schon seit geraumer Zeit mit einer Laser-Katapultier-Methode auf eine Oberfläche übertragen. Auf einem durchsichtigen Träger ist eine Spender-Schicht aufgebracht, die von hinten mit einem Laserstrahl beschossen wird. Ein winziges Bruchstück in der Grösse des exakt gebündelten Laserstrahls wird aus der Schicht herausgerissen, fliegt mit Schallgeschwindigkeit Richtung Empfängerschicht und prallt dort auf. Empfindliche Materialien wie organische Farbstoffe oder halbleitende Polymere werden jedoch durch die dabei entstehende Hitze oder das energiereiche Licht des Laserstrahls leicht zerstört. «Unser Trick», so Nagel, «bestand darin, eine zusätzliche Schicht aus lichtempfindlichen Spezialpolymeren auf Triazenbasis einzufügen. Eine Opferschicht, quasi.» Sie absorbiert den Laserpuls und zersetzt sich dabei vollständig. Damit die leuchtenden Pixel auf der Empfängerschicht intakt ankommen und korrekt funktionieren, genügt es jedoch nicht, sie vor dem Laserstrahl zu schützen. Denn ist dieser zu stark, hilft selbst eine Triazenschicht nicht. Sind die Kräfte zu gross, wird ein aus der Schicht gerissenes Pixel bereits während des Flugs mechanisch zerstört oder prallt derart heftig auf die Empfängerschicht, dass es spätestens dann seine Funktionsfähigkeit verliert. Ist der Laserpuls hingegen zu schwach, findet kein Transfer statt, es entstehen lediglich Risse oder Blasen auf der Spenderschicht. Um die Pixel vollständig und mit möglichst «sauberen Rändern auf die Empfängerschicht zu katapultieren, muss die Energie des Lasers genau dosiert sein, und die einzelnen Schichtdicken müssen optimal aufeinander abgestimmt werden.
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Mehrschichtarchitektur einer organischen Leuchtdiode Das Spendersubstrat setzt sich zusammen aus Triazenpolymer (100 nm), einem Aluminiumfilm (70 nm) und einer elektroluminiszierenden Polymerschicht (MEH-PPV; 90 nm) auf durchsichtigem Quarzglas. Die Empfängerschicht besteht aus einem Glasplättchen, auf dem Indium-Zinnoxid (ITO; 40 nm) als durchsichtige Elektrode aufgetragen ist. Der Triazenpolymerfilm dient als «Opferschicht»Wird an Anode (ITO) und Kathode (Aluminium) eine elektrische Spannung angelegt, leuchtet die Polymerschicht (MEHPPV) orangerot auf. |
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