Samarbejdende videnskabsmænd giver indsigt i at forbedre blå OLED-ydeevne til skærme og belysning

Forskere ved National Physical Laboratory (NPL) har samarbejdet med Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) om en ny undersøgelse for bedre at forstå nedbrydningen af ​​blå organiske lysemitterende dioder (OLED'er). Undersøgelsen er blevet offentliggjort i Nature Communications .

Nedbrydningsmekanismerne - hvad enten de er fysiske, kemiske eller noget andet - der får blå OLED'er til at svigte, er stadig ikke fuldt ud forstået. Dette begrænser stabiliteten af ​​blå OLED'er – og dermed forlængelse af OLED-teknologiens levetid i fuldfarveskærme og belysning.

Den første polymer lysemitterende diode (PLED) blev skabt på NPL i 1975. Den brugte en polymerfilm på op til 2,2 mikrometer tyk placeret mellem to ladningsinjicerende elektroder. Siden da har udviklingen inden for rød og grøn OLED-teknologi resulteret i, at disse farvede OLED'er nu kan sammenlignes med konventionelle LED'er.

At forstå nedbrydningsmekanismen for blå OLED'er er afgørende for at forbedre deres ydeevne og stabilitet. Imidlertid er OLED'er dannet af meget tynde lag af organiske molekyler, og kemisk prøvetagning af organiske lag i nanoskala og grænseflader med tilstrækkelig analytisk information er udfordrende.

For at tackle dette langvarige problem brugte NPL/SAIT-teamet OrbiSIMS, en innovativ massespektrometrisk billedbehandlingsteknik, der blev opfundet på NPL i 2017. Holdet brugte OrbiSIMS' massespektrometri i nanoskala til for første gang at identificere nedbrydningsmolekyler af blå OLED'er med hidtil uset følsomhed og lokaliser dem med syv nanometer dybdeopløsning inden for OLEDs flerlagsarkitektur.

Holdet fandt, at kemisk nedbrydning hovedsageligt er relateret til tab af ilt i molekyler ved grænsefladen mellem emission og elektrontransportlag. OrbiSIMS-resultaterne viste også cirka en størrelsesordensstigning i levetiden for OLED-enheder, der bruger lidt forskellige værtsmaterialer.

Resultaterne og metoden beskrevet i undersøgelsen kan informere og drive fremtidige bestræbelser på at forbedre ydeevnen af ​​nye blå OLED-arkitekturer og hjælpe producenter af skærmteknologi med at udvikle skærme af bedre kvalitet med længere produktlevetider. Metoden er allerede blevet brugt i en anden undersøgelse ledet af Samsung og Korea Advanced Institute of Science &Technology (KAIST), som også blev offentliggjort i Nature Communications .

Dr. Gustavo Trindade, en af ​​NPL-hovedforfatterne til undersøgelsen sagde:"Vores forskning - som blev valgt som redaktør inden for temaet 'enheder' - gjorde os i stand til at identificere nedbrydningsmolekyler, der er reaktionsprodukter lokaliseret i grænsefladen mellem emission og elektrontransportlag (ETL/EML)."

"Tilstedeværelsen af ​​disse nedbrydningsmolekyler korrelerer negativt med de blå OLED'ers levetid. Desuden viste vi, at enheder med subtilt modificerede værtsmaterialer har meget reducerede intensiteter af grænsefladenedbrydningsprodukterne og udviser overlegen levetid."

Professor Ian Gilmore, NPL-korresponderende forfatter til undersøgelsen sagde, "OrbiSIMS tillader høj tillid til identifikation af komplekse molekyler med attomolfølsomhed og samtidig lokalisering til et lag på mindre end syv nanometer. Dette kan ikke opnås ved hjælp af traditionel højtydende LC-MS metoder, der kræver opløsning af enheden, som et diagnostisk værktøj til nedbrydning af OLED'er, kan spille en afgørende rolle i at give indsigt i fremtidig materiale- og enhedsarkitekturudvikling."

Dr. Soohwan Sul og Dr. Joonghyuk Kim, SAITs hovedforfattere af undersøgelsen sagde, "Vi var glade for at arbejde sammen med professor Ian Gilmores NPL-team for at anvende OrbiSIMS for første gang til at studere nedbrydningen af ​​organiske lysdioder (OLED) , som i øjeblikket er en af ​​de største forhindringer for OLED-industrien."

"Takket være udviklingen af ​​OrbiSIMS med dets hidtil usete dybde/masseopløsning og evnen til intakt analyse af organiske molekyler, kan vi nu diagnosticere og besvare en række udestående problemer i organiske elektroniske enheder såsom OLED'er."

Flere oplysninger: Gustavo F. Trindade et al., Direkte identifikation af grænsefladenedbrydning i blå OLED'er ved hjælp af kemisk dybdeprofilering i nanoskala, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af National Physical Laboratory