Rotes OLED mit Effizienz von 25,6 % bei 10.000 cd m−2 basierend auf Einbettung von Selen in ein Multiple‑Resonanz‑Gerüst

Heller, röter Bildschirm ohne Edelmetalle

Moderne Telefone, Fernseher und VR‑Headsets verwenden winzige Lichtquellen namens OLEDs, um lebendige Bilder zu erzeugen. Ein tiefes, reines Rot zu erreichen, das auch bei hoher Bildschirmhelligkeit hell und effizient bleibt, war bisher ein hartnäckiges Problem — besonders ohne teure Edelmetalle wie Iridium. Dieser Aufsatz beschreibt einen neuen Entwurfsansatz für rot emittierende Materialien, die selbst bei sehr hoher Helligkeit effizient bleiben, und weist damit den Weg zu klareren, energieeffizienteren Displays, die zudem günstiger herzustellen sind.

Warum rotes Licht so schwer zu erzeugen ist

OLEDs wandeln elektrische Energie in Licht in ultradünnen organischen Schichten um. Um den Anforderungen ultrahochauflösender Displays gerecht zu werden, benötigen Ingenieure Licht mit sehr reiner Farbe und hoher Effizienz. Eine vielversprechende Materialklasse, die sogenannten Multiple‑Resonanz‑TADF‑Emitter, erreicht das für Blau und Grün, doch rote Varianten hinken noch hinterher. Bei hoher Helligkeit werden viele angeregten Zustände dieser roten Emitter als Wärme statt als Licht verloren — ein Effekt, der als Effizienz‑Roll‑off bekannt ist. Die Ursache liegt darin, dass sie zu langsam bei der Rückgewinnung einer bestimmten Art angeregter Zustände sind, sodass diese Zustände sich anhäufen und kollidieren und sich gegenseitig deaktivieren, anstatt zu strahlen.

Ein einziges Atom verändert das Spiel

Die Forschenden gingen dieses Nadelöhr an, indem sie das lichtemittierende Molekül subtil um ein einzelnes schwereres Atom, Selen, herum neu gestalteten. Sie begannen mit einem bekannten molekularen Gerüst, das bereits schmale, saubere Emission liefert, setzten dann Schwefel oder Selen an eine Schlüsselposition ein und fixierten die Struktur mit sperrigen Seiten­gruppen, um Aggregation zu verhindern. Rechnungen und Röntgenuntersuchungen zeigen, dass das Einsetzen von Selen das Molekül leicht verzerrt und die Wechselwirkungen zwischen elektronischen Zuständen verstärkt, die steuern, wie schnell dunkle Triplettzustände zurück in helle Singulettzustände umgewandelt werden können. Diese Kombination verringert die zu überbrückende Energielücke und erhöht die interne Kopplung, die die Umwandlung ermöglicht — beides entscheidend, um den Recycling‑Prozess zu beschleunigen.

Schnelleres Recycling in bessere Geräte umwandeln

Messungen in Lösung und in dünnen Filmen bestätigen, dass das selenbasierte Molekül, tFSeBN genannt, ein schmales rotes Licht um 607 Nanometer mit nahezu keinem Verlust emittiert: etwa 98 Prozent der aufgenommenen Energie werden in Licht umgewandelt. Zeitaufgelöste Experimente zeigen, dass seine verzögerte Emission sowohl stark als auch ungewöhnlich schnell ist, was darauf hinweist, dass Triplettzustände effizient genutzt werden. In einem vollständigen OLED‑Bauelement erreicht tFSeBN eine externe Quanteneffizienz von ungefähr 35 Prozent bei moderater Helligkeit und behält noch mehr als ein Viertel dieser Effizienz bei einer sehr hohen Leuchtdichte von 10.000 Candela pro Quadratmeter. Im Vergleich zu ähnlichen Molekülen ohne Selen ist seine Leistung bei hoher Helligkeit dramatisch besser, was bestätigt, dass rasches Recycling der Anregungen den üblichen Effizienz‑Roll‑off deutlich reduziert.

Das neue Molekül als Energie‑Mittelsmann nutzen

Weil tFSeBN so gut Energie einfängt und wieder abgibt, untersuchte das Team es auch als „Sensitizer“, der seine Energie an einen anderen ultra­reinen roten Emitter weiterreicht. In diesem Aufbau sammelt tFSeBN zunächst elektrische Anregungen und überträgt sie dann durch langreichweitigen Energietransfer an ein rotes Molekül namens RBNO2, das noch tieferes Rot emittiert und Industriestandards für Farbe trifft. Sorgfältiges Moleküldesign sichert einen starken langreichweitigen Transfer und blockiert kurzreichweitige Pfade, die Energieverluste verursachen würden. Geräte, die so gebaut sind, erzielen reine rote Emission nahe dem anspruchsvollen BT.2020‑Farbstandard, während sie die Effizienz im Vergleich zur alleinigen Verwendung von RBNO2 verdreifachen oder mehr und dabei bei praxisnahen Bildschirmhelligkeiten gute Leistung erhalten.

Was das für zukünftige Displays bedeutet

Für Nicht‑Fachleute lautet die Kernbotschaft: Die Autorinnen und Autoren haben gezeigt, wie das Austauschen nur eines Atoms in einem lichtemittierenden Molekül ein großes Hindernis für leistungsfähige rote OLEDs beseitigen kann. Durch das Einbetten von Selen in ein sorgfältig abgestimmtes Gerüst entsteht ein Material, das hellrot und mit sehr geringer Verschwendung leuchtet, selbst unter starker Belastung, und zugleich die Leistung anderer roter Emitter verbessern kann. Diese Ein‑Atom‑Ingenieurskunst bietet einen Weg zu effizienten, edelmetallfreien roten Pixeln und hilft, zukünftige Displays farbkräftiger, energieeffizienter und potenziell kostengünstiger zu machen.

Zitation: Pu, Y., Cai, X., Li, C. et al. Red OLED with efficiency of 25.6% at 10,000 cd m⁻² based on selenium embedding multiple resonance framework. Light Sci Appl 15, 191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02220-w

Schlüsselwörter: rote OLEDs, TADF‑Materialien, Multiple‑Resonanz‑Emitter, Selendotierung, Hyperfluoreszenz‑Displays