Spojrzenie wgłąb OLED’ów
Organiczne diody elektroluminescencyjne, czyli OLED-y, od lat napędzają postęp w dziedzinie wyświetlaczy od różnych rodzajów elektroniki.
Ich wyjątkowe właściwości, takie jak lekkość, elastyczność, niskie zużycie energii i głęboka czerń, czynią je atrakcyjnymi dla producentów i konsumentów. Jednak jak każda technologia, również OLED-y mają swoje ograniczenia. Jednym z największych wyzwań pozostaje trwałość i efektywność, które są silnie uzależnione od procesów zachodzących wewnątrz urządzeń na poziomie mikroskopijnych warstw organicznych.
Zespół japońskich naukowców z Uniwersytetu Chiba postanowił przyjrzeć się tym procesom w sposób precyzyjniejszy niż kiedykolwiek wcześniej. Wykorzystując technikę sum-frequency generation (SFG) – spektroskopię generacji częstości sumarycznej, badacze po raz pierwszy pokazali, jak zachowują się ładunki elektryczne w OLED-ach podczas ich pracy. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Journal of Materials Chemistry C i już teraz zapowiadają przełom w projektowaniu i optymalizacji tych urządzeń.
OLED to skomplikowany układ ultracienkich warstw organicznych, z których każda pełni ściśle określoną funkcję: jedne transportują elektrony, inne dziury (czyli brakujące elektrony), a jeszcze inne odpowiadają za emisję światła. Najwięcej dzieje się na ich granicach – właśnie tam spotykają się przeciwnie naładowane cząstki i tam też zachodzi emisja światła.
Problem w tym, że z biegiem czasu i pod wpływem wysokiego napięcia, organiczne materiały ulegają degradacji – co przekłada się na spadek jasności, zmianę barw i w końcu awarię całego wyświetlacza. Dotąd badacze musieli polegać na czasochłonnych testach starzeniowych lub pośrednich pomiarach parametrów elektrycznych. Nowa metoda SFG pozwala natomiast bezinwazyjnie „zajrzeć” do wnętrza działającego OLED-a.
Technika SFG, używana dotychczas głównie w fizyce powierzchni i chemii materiałowej, polega na analizie światła powstającego przy zderzeniu dwóch wiązek laserowych na granicy dwóch materiałów. Kiedy naukowcy dostosowali ją do OLED-ów, odkryli, że mogą za jej pomocą obserwować, jak ładunki przepływają przez poszczególne warstwy i gdzie dokładnie następuje emisja światła.
Dzięki analizie widma ESFG udało się określić, jak różne materiały wpływają na intensywność pola elektrycznego wewnątrz OLED-a, a tym samym na efektywność przepływu ładunków i jakość emitowanego światła. Dodanie konkretnego materiału, jak np. BAlq, zmieniało miejsce emisji światła, wpływając na barwę i rozkład luminancji.
Z punktu widzenia przemysłu elektronicznego, to badanie może okazać się bezcenne. Jak podkreśla prof. Takayuki Miyamae, tradycyjna metoda „prób i błędów” w projektowaniu OLED-ów może zostać zastąpiona precyzyjną analizą działania warstw już na etapie projektowania. Oznacza to mniej prototypów, krótszy czas testowania i niższe koszty.
Podobne kierunki badań podejmowane są na całym świecie. Wcześniej zespół z MIT analizował zachowanie OLED-ów w ekstremalnych warunkach temperaturowych, a koreański LG Display rozwija przezroczyste i zginane panele OLED, których trwałość pozostaje kluczowym problemem. Japońskie badania wpisują się więc w globalny trend dążący do zwiększenia niezawodności i funkcjonalności organicznych wyświetlaczy.
Prace naukowców z Chiba University dowodzą, że możliwe jest uzyskanie nie tylko ładnego obrazu, ale też głębszego zrozumienia procesów fizycznych stojących za jego powstaniem. W dłuższej perspektywie może to doprowadzić do ekranów OLED, które nie tylko będą lepiej świecić, ale też działać dłużej, zużywać mniej energii i być bardziej ekologiczne.
Szymon Ślubowski
