Aktualności
Badania
28 Marca
Fot. Marcel Jakubowski
Opublikowano: 2024-03-28

Polscy naukowcy stworzyli emitery do zastosowania w czwartej generacji OLED

Naukowcy z czterech polskich uczelni opracowali nowe, wydajne i stabilne emitery do zastosowań w tzw. czwartej generacji OLED. To technologia powszechnie stosowana w telewizorach, jednak obecnie z wykorzystaniem toksycznych metali ciężkich.

Wyświetlacze OLED (Organic Light-Emitting Diode) składają się z wielu bardzo cienkich warstw – o grubości kilkunastu nanometrów – mających określone funkcje. Kluczowym składnikiem w ich strukturze jest warstwa emisyjna, w której zachodzi zjawisko konwersji energii elektrycznej w energię świetlną. Związki chemiczne, które są do tego zdolne, to emitery. Ich właściwości na poziomie molekularnym decydują o cechach makroskopowych wyświetlaczy, takich jak wydajność, stabilność czy barwa.

Do tej pory opracowano cztery generacje OLED, które różnią się między sobą rodzajem używanych emiterów. Pierwsza to emitery fluorescencyjne, których poważnym ograniczeniem była niska wydajność. Do drugiej generacji zalicza się emitery zawierające metale ciężkie (głównie iryd i platynę). Ich wydajności są o wiele wyższe, jednak stosowanie niesie za sobą bardzo wysokie koszty produkcji i skomplikowane procedury utylizacji. Badacze skupiają się obecnie na udoskonalaniu emiterów 3 i 4 generacji. To emitery w pełni organiczne (nie zawierające toksycznych metali ciężkich), których wydajności sięgają ponad 40%. Niestety, jak wskazują naukowcy z UG, poważną blokadą wdrożeniową w tej grupie materiałów jest ich niska stabilność, co powoduje wypalanie się pikseli w matrycach OLED i znacznie skraca ich żywotność. Aby mówić o komercjalizacji, trzeba zatem opracować sposób na zwiększenie ich trwałości. Wyzwania tego podjęli się naukowcy z czterech polskich uczelni: Uniwersytetu Gdańskiego, Politechniki Gdańskiej, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Politechniki Łódzkiej

W artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie ASC Applied Materials & Interfaces opisują, jak poprzez łączenie ze sobą zjawisk termicznie aktywowanej opóźnionej fluorescencji (TADF), efektu ciężkiego atomu oraz rezonansowego transferu energii fluorescencji (FRET), opracowali nowe, wydajne i stabilne układy „hiperfluorescencyjne”, emitujące światło w czerwonym zakresie spektralnym. W przeprowadzonych testach aplikacyjnych urządzenia OLED na bazie nowych układów wykazały ponad dwukrotne zwiększenie stabilności względem wydajności, co jest znaczącym postępem w rozwiązaniu aktualnego problemu tej technologii. Co więcej, nowe emitery są pozbawione metali ciężkich, a więc byłyby w pełni organiczne. W przyszłości będzie je można nanosić na powierzchnie za pomocą technologii druku 3D.

Opisaliśmy przypadek czerwonego emitera, w którym udało się poprawić ponad dwukrotnie stabilność, jednocześnie nie rezygnując z wysokiej wydajności oraz pożądanego poziomu czystości barwy. Dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu struktury chemicznej, zachowaliśmy w pełni organiczny charakter materiału, więc nie trzeba się martwić o wysokie koszty syntezy i problematyczne metody utylizacji. Dodatkowo pokazaliśmy, że taki materiał można wprowadzać do urządzeń z roztworu, a mianowicie celujemy w metodę druku IJP (ang. Ink-Jet Printing). Oznaczać to będzie bardziej ekonomiczne wykorzystanie zasobów w procesie produkcyjnym wyświetlaczy oraz możliwość powlekania materiałami emisyjnymi różnych, niekoniecznie płaskich powierzchni, np. odzieży – tłumaczy dr Michał Mońka z Wydziału Matematyki, Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Gdańskiego.

Badania polskich naukowców są krokiem do stworzenia w pełni organicznych emiterów o potencjale komercyjnym. Obecnie w tym kontekście liczą się tylko OLEDy pierwszej i drugiej generacji. Przy czym zawierają one pierwiastki metali ciężkich, co dyskwalifikuje je z niektórych zastosowań. Żeby sprostać wymaganiom, które stawia przemysł, trwają prace, aby w pełni organiczne emitery 3 i 4 generacji były bardziej stabilne.

Największy problem jest z emiterami światła niebieskiego, ponieważ po aplikacji ładunku elektrycznego, energia którą „musi na siebie przyjąć” niebieski emiter jest większa niż np. dla koloru zielonego i prawdopodobieństwo wystąpienia szkodliwych zjawisk pobocznych do emisji światła jest większe. Część z tych zjawisk wiąże się ze zmianami w budowie chemicznej emiterów i modyfikacji ich właściwości fotofizycznych. W konsekwencji, emiter może stracić swoją funkcję i stać się bezużyteczny jako nieaktywna cząsteczka. Różnorodność molekuł i złożoność mechanizmów, które zachodzą w stanie wzbudzonym powodują, że nie istnieje jedna uniwersalna metoda, pozwalająca na zwiększenie trwałości emiterów – tłumaczy dr Mońka.

Zwraca uwagę, że w przypadku emiterów czerwonych, im bardziej naukowcy starają się poprawić ich stabilność, tym mniejszą uzyskują wydajność. Wyniki badań polskiego zespołu mogą wskazywać bliskie rozwiązanie tego problemu.

Naszym długoterminowym „technologicznym” celem jest opracowanie w pełni organicznych, stabilnych i wydajnych emiterów, które będzie można skomercjalizować i wdrożyć do powszechnego użytku w telewizorach, smartfonach itd. Do tej pory zaprojektowaliśmy kilkaset nowych emiterów przeznaczonych do zastosowania w 3 i 4 generacji. Te najbardziej obiecujące staramy się syntetyzować i weryfikować ich potencjał aplikacyjny w naszych laboratoriach za pomocą skonstruowanych narzędzi doświadczalnych – podsumowuje dr Michał Mońka.

źródło: UG

Dyskusja (0 komentarzy)