Oikein sinisiä ja ohuita ledejä

Science Tokion tutkijoiden kehittämä syvänsininen orgaaninen valoa emittoiva diodi (OLED) toimii vain yhdellä 1,5 V:n jännitteellä, mikä ratkaisee sinisten OLEDien pitkään rajoittaneet korkean jännitteen ja värinpuhtauden ongelmat.

Läpimurto saavutettiin ottamalla käyttöön uusi molekyylinen seostusaine, joka estää varauksen tarttumisen, ongelman, joka aiemmin haittasi pienijännitteisten OLEDien suorituskykyä. Tuloksena oleva komponentti tuottaa terävää sinistä säteilyä, joka täyttää BT.2020-standardit ja tasoittaa tietä kirkkaammille ja energiatehokkaammille näytöille.

Orgaanisia valoa emittoivia diodeja (OLED) käytetään laajalti suurkuvatelevisioissa ja älypuhelinten näytöissä. Silti kolmesta täysväriteknologiaan tarvittavasta pääväristä – punaisesta, vihreästä ja sinisestä – siniset emitterit ovat edelleen haastavimpia. Ne vaativat suurempaa energiaa, usein yli 3 V:n ohjausjännitteitä, ja niiden pitkän aikavälin vakaus on rajallista.

Uudi ledi perustuu ylöskonversiotyyppisiin OLEDin (UC-OLED), jotka tuottavat valoa tripletti-tripletti-annihilaatioksi (TTA) kutsutun prosessin avulla.

Perinteisissä OLED-näytöissä valoa syntyy, kun elektronit ja aukot kohtaavat emissiokerroksessa muodostaen varauksensiirtotilan, joka virittää fluoresoivan seostusaineen.

Uudet UC-OLED:it alentavat käyttöjännitettä siirtämällä tätä prosessia: elektronit ja aukot muodostavat varauksensiirtotilan aukonsiirtokerroksen ja elektroninsiirtokerroksen rajapinnalle. Tämä energia siirtyy sitten isäntämateriaalin triplettieksitoneihin, ja kun kaksi triplettiä annihiloituu, ne luovat korkeamman energian singlettitilan. Tämä singletti virittää sitten seostusainemolekyylin, joka emittoi valoa

Xianghua Wangin johtama yhteistyö Kiinan Anhuin maakunnan tutkimuslaitoksissa kehitti puolestaan erittäin ohuen kvanttipisteledin (QLED), joka säteilee auringon spektriä muistuttavaa valospektriä.

”Tämä työ osoittaa, että on mahdollista valmistaa ultraohuita, laaja-alaisia kvanttipisteledejä, jotka vastaavat tarkasti auringon spektriä”, sanoo Xianghua Wang. ”Nämä rakenteet voisivat mahdollistaa seuraavan sukupolven silmäystävälliset näytöt, mukautuvan sisävalaistuksen ja jopa aallonpituudeltaan säädettäviä valolähteitä puutarhatalouden tai hyvinvoinnin sovelluksiin.”

Tutkijat syntetisoivat ensin punaisia, kelta-vihreitä ja sinisiä sinkki-rikki-kuoriin käärittyjä kvanttipisteitä ja selvittivät kolmen värin suhteen, joka tuotti auringonvaloa lähimpänä olevan emissiospektrin. Sitten he rakensivat QLED:n indiumtinaoksidilasisubstraatin päälle kerrostamalla sähköä johtavista polymeereistä koostuvia kerroksia, kvanttipisteseoksen, metallioksidihiukkasia ja lopuksi alumiini- tai hopeakerroksen.

Kvanttipistekerros oli vain kymmeniä nanometrejä paksu – huomattavasti ohuempi kuin perinteiset värimuunnoskerrokset – jolloin lopullisen valkoisen QLED:n paksuus oli samanlainen kuin tapetilla.

Erilaisissa kokeissa tutkijat valmistivat 26 valkoista QLED-rakennetta käyttäen samoja kvanttipisteitä, mutta erilaisia sähköä johtavia materiaaleja käyttöjännitteen optimoimiseksi. Nämä valonlähteet tarvitsivat vain 8 volttia maksimaalisen valotehon saavuttamiseen, ja noin 80 % niistä ylitti tietokonenäyttöjen tavoitekirkkauden.

Aiheesta aiemmin:

Alumiinikompleksit kiinteän olomuodon valonsäteilijöiksi

Kohti ympäristöllisesti kestäviä perovskiittiledejä

Ledejä maskittomaan fotolitografian ja eloisiin näyttöihin