Ekstraordinært tykke organiske lysemitterende dioder løser nagende problemer

Ved at kombinere tynde organiske lag med tykke lag af hybrid perovskit, forskere ved Kyushu University i Japan har udviklet mikrometertykke organiske lysemitterende dioder, der kan forbedre overkommeligheden og betragtningsvinklerne for højtydende skærme og fjernsyn i den nærmeste fremtid.

Organiske lysemitterende dioder (OLED'er) bruger lag af organiske molekyler til effektivt at omdanne elektricitet til lys. Molekylerne, selvom store udsender, er generelt dårlige elektriske ledere, så navnet på spillet har været tyndt - som i 100 nm, eller omkring 1/500 af tykkelsen af ​​et menneskehår. Kun ved at bruge sådanne tynde lag kan elektricitet nemt nå frem til der, hvor emissionen sker midt mellem enheder.

Mens ekstremt tynde lag drager fordel af kun at have brug for en lille mængde materiale, brugen af ​​sådanne tynde film komplicerer den pålidelige fremstilling af millioner af pixels, da ekstremt små defekter kan forårsage enhedsfejl. Desuden, lys, der reflekteres mellem for- og bagsiden af ​​de tynde lag, resulterer ofte i interaktioner - kaldet hulrumseffekter - der en smule forvrænger emissionsfarven ved store betragtningsvinkler.

Dermed, udfordringen har været at gøre enhederne tykkere og samtidig undgå ulemperne ved organiske stoffer. At gøre dette, forskere ved Kyushu Universitet henvendte sig til en alternativ klasse af materialer kaldet perovskites, som er defineret af deres særskilte krystalstruktur.

"Selvom perovskitter for nylig har tiltrukket sig en enorm opmærksomhed som lysabsorberende lag i solceller, nogle perovskitter er faktisk gennemsigtige, mens de også er meget ledende, " siger Toshinori Matsushima, lektor ved International Institute for Carbon-Neutral Energy Research ved Kyushu University og ledende forsker i Natur papir, der annoncerer de nye resultater.

"Ud over, perovskitter baseret på en blanding af organiske og uorganiske komponenter kan forarbejdes fra billige udgangsmaterialer ved hjælp af de samme fremstillingsprocesser som for organiske, gør perovskites og organiske stoffer til et perfekt match."

I deres enheder, forskerne lagde et emitterende lag af molekyler, der typisk bruges i OLED'er, mellem perovskitlag med en samlet tykkelse på 2, 000 nm. De resulterende enheder har aktive lag, der er 10 gange tykkere end typiske OLED'er - dog stadig en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår.

De tykke enheder udviste effektiviteter, der svarede til dem i tynde reference OLED'er, mens de også havde samme farve fra alle betragtningsvinkler. På den anden side, OLED'er baseret på tykke organiske lag udsendte ikke noget lys ved lignende driftsspændinger.

"Disse resultater vælter 30 års tankegang om, at OLED'er er begrænset til tynde film og åbner nye veje til lave omkostninger, pålidelig, og ensartet fremstilling af OLED-baserede skærme og belysning, " siger prof. Chihaya Adachi, direktør for Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research.

Mens forskere også har forsøgt at bruge perovskiter direkte som lysudsender, enhedernes levetid har hidtil været kort. Ved at holde emissionsprocessen i de organiske materialer og bruge perovskiter kun til at transportere elektricitet, Kyushu-teamet opnåede lignende levetider for både tykke enheder og reference-OLED'er.

"Baseret på dette arbejde, perovskites vil blive set i et nyt lys som alsidige, højtydende materialer til understøttende roller i ikke kun OLED'er, men også andre organiske elektroniske enheder, såsom lasere, hukommelsesenheder, og sensorer, " forudsiger Adachi.