Functionalized photochromic surfaces switched by organic light-emitting diodes

Bremer, Matthias ORCID

This work describes the development of photo-switchable surfaces based on the two most common photochromic molecules. Additionally, these surfaces are excited with thin organic LEDs (OLEDs). With this combination an intelligent and programmable surface is realizable. Here, a flexible PDMS copy of a lotus leaf covered with a single molecule layer of azobenzenes enables a 200 times higher relative transparency switching for a 355 nm laser beam compared to a flat glass substrate. Thereby a simple spatially resolved mapping of the azobenzene state on the surface becomes possible. A reversible contact angle switching between 138° and 95° is achieved with a non-covalently bound spiropyran layer on a candle soot surface. Then, a blue OLED is designed and fabricated that possesses a radiant flux of up to over 10 mW/cm2. It is used to switch both photochromic surfaces. With the aim to increase the switching speed, the light outcoupling from OLEDs is enhanced. Tetrapodal zinc oxide particles are used to couple out trapped substrate modes. In order to use many OLEDs efficiently next to each other for the switching of a photochromic layer, it is necessary to direct the light of their usually more Lambertian emitting profile. For this, optical gratings are integrated into OLEDs. Here, it is shown how the change of emitter position, refractive index contrast and absorption increase the resonances of these gratings. In addition, grating effects on a fully flexible PDMS substrate are investigated and the first goniometric electroluminescene measurement of an OLED with an integrated multi-periodic grating is presented.

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von photoschaltbaren Beschichtungen auf Basis der beiden gängigsten photochromen Moleküle. Zusätzlich werden diese Schichten mit organischen LEDs (OLEDs) angeregt. Durch diesen Integrationsschritt lässt sich eine „intelligente“ und programmierbare Oberfläche erzeugen. Eine mit einer einfachen Azobenzol-Molekül-Schicht versehene Kopie eines Lotusblattes aus flexiblem PDMS erlaubt hier ein um den Faktor 200 verstärktes Schalten der relativen Transmission eines Laserstrahles mit 355 nm Wellenlänge gegenüber einem glatten Glassubstrat, welches ebenfalls funktionalisiert wurde. Dadurch wird eine einfache Kartierung der Azobenzolzustände auf der Oberfläche möglich. Eine reversible Kontaktwinkelschaltung zwischen 138° und 95° wird mit nicht-kovalent aufgebrachten Spiropyranen auf Kerzenrußoberflächen erzielt. Im Anschluss wird eine blaue OLED designt und hergestellt, die eine Strahlungsleistung von bis zu über 10 mW/cm2 aufweist. Beide Oberflächen werden mittels dieser OLED geschaltet. Mit dem Ziel einer Steigerung der Schaltgeschwindigkeit wird versucht, die Lichtauskopplung aus OLEDs zu erhöhen. Für die Auskopplung gefangener Substratmoden werden tetrapodale Zinkoxidpartikel verwendet. Um später möglichst viele OLEDs unter einer photochromen Schicht nebeneinander betreiben zu können, ist es zudem notwendig, deren eher Lambertsches Abstrahlprofil zu richten. Dafür eignen sich in OLEDs eingebrachte optische Gitter. Hier wird mittels verschiedener Experimente dargelegt, wie sich die Resonanzen der Gitter durch Veränderung von Emitterposition, Brechungsindexkontrast und Absorption verstärken lassen. Des Weiteren wird der Gittereffekt in OLEDs auf flexiblen PDMS untersucht und zum ersten Mal eine goniometrische Elektrolumineszenzmessung einer OLED mit einem integrierten multiperiodischen Gitter gezeigt.

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Bremer, Matthias: Functionalized photochromic surfaces switched by organic light-emitting diodes. 2017.

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