211service.com
En billig vej til robuste lysdioder
Organiske lysemitterende dioder (OLED'er) er støt på vej ind i kommercielle enheder som mobiltelefoner og fladskærme. De er fremstillet med lag af organiske polymerer, som gør dem fleksible, og de bruger mindre strøm og billigere materialer end flydende krystalskærme.
Rødt lys: Forskere ved MIT har fundet en potentielt billig måde at lave mere robuste hybrid-LED'er på. Billedet viser en lille prøve af røde kvanteprikker lagdelt med en elektrisk ledende polymer på et glassubstrat fremstillet ved hjælp af den nye fremstillingsteknik.
Ulempen er, at fordi polymererne nemt reagerer med ilt og vand, er OLED'er dyre at producere - de skal laves i højvakuumkamre - og de har brug for ekstra beskyttende emballagelag for at sikre, at når de først er integreret i displayenheder , de nedbrydes ikke, når de udsættes for luft eller fugt.
MIT kemiingeniør professor Karen Gleason og MIT postdoc Sreeram Vaddiraju har udviklet en proces, der har til formål at løse problemerne med høje fremstillingsomkostninger og ustabilitet for OLED'er, mens de stadig bevarer deres fleksibilitet. Gleasons løsning er en hybrid lysemitterende diode eller HLED. Enheden ville inkorporere både organiske og uorganiske lag, der kombinerer fleksibiliteten af en OLED med stabiliteten af et uorganisk lysemitterende materiale. Ideen er at have en blandet pose og fange de kvaliteter, der tillader billig fremstilling og stabilitet, siger Gleason.
Gleason starter med et substrat af elektrisk ledende organisk polymer, som hun skaber gennem en kemisk dampaflejringsproces i et lavvakuumkammer. Det er det eneste trin i processen, der kræver et vakuum, som burde gøre tilgangen billigere end konventionelle metoder. Til det lysemitterende lag bruger Gleason kvanteprikker, nanokrystaller af uorganiske halvledere; hver kvanteprik kan indstilles til at udsende visse lysfrekvenser. Selvom kvanteprikker i sig selv er ufleksible, er de så små - to til seks nanometer på tværs - at selv at arrangere dem side om side i en kontinuerlig film stadig giver mulighed for flex i materialet.
Selvom det ikke er nyt at bruge kvanteprikker i lysemitterende enheder, er det Gleasons teknik. Problemet er, hvordan man får prikkerne til at klæbe på et underlag i et ensartet, jævnt lag uden at bevæge sig. Vaddiraju siger, at de bruger molekylære ledninger. I stedet for blot at lægge kvanteprikkerne oven på polymersubstratet, bruger forskerne linkermolekyler mellem lagene til kemisk at binde kvantepriklaget og polymeren sammen.
Dette tværbindende molekyle mellem lagene er en smuk udvikling af de nuværende strukturer, siger Vladimir Bulovic , en lektor i elektroteknik ved MIT og den første til at demonstrere praktisk brug af kvanteprikker i optoelektroniske enheder. Bulovics forskning har været afhængig af andre metoder til afsætning af kvanteprikker: at tabe prikkerne på et hurtigt-spinende substrat, kaldet spin casting, og for nylig, stemple dem på en overflade.
Fordelen ved Gleasons teknik, siger Bulovic, er, at du ender med en meget robust struktur både mekanisk, kemisk og elektrisk. Det validerer en idé om at stabilisere kvanteprikker inde i organiske strukturer ved at tilvejebringe kovalente bindinger omkring dem. Bulovic tilføjer, at der stadig er forhindringer at overvinde, men han mener, at forskningen repræsenterer endnu et af de fremskridt, vi håbede på på området.
Kovalent binding løser nedbrydningsproblemet, siger Vaddiraju, fordi linkermolekylerne griber fat i frie bindinger i det organiske materiale og efterlader ingen til at reagere i luften. Det forsegler effektivt det organiske polymerlag mod påvirkning udefra.
Tværbindingen skal også sørge for opskalering. I stedet for at håndtere det mekaniske problem med at afsætte millioner af nanokrystaller på et substrat gennem spin-støbning eller stempling, binder den kemiske reaktion selv prikkerne til underlaget i et glat, jævnt lag. Og i modsætning til en proces som spin casting, bruger forskernes teknik alle prikkerne og al polymeren. Så ud fra et materialeomkostningssynspunkt mister vi ikke materiale, siger Vaddiraju.
Indtil videre er det lykkedes holdet at skabe en rød HLED, som varede 2.200 timer ved 100 °C. Forskerne mener, at det svarer omtrent til deres mål ved stuetemperatur: 10.000 timer eller omkring tre år med lidt under 10 timer om dagen, som de vurderer er, hvor længe en mobiltelefon skal holde.
Det næste trin er at fuldføre test med grønne og blå prikker; forskerne skal bruge alle tre farver for at få en komplet prototype. Derefter vil de gå videre for at se, hvordan enheden fungerer med hurtig mønsterdannelse - ved at bruge prikkerne ligesom blæk fra en inkjet-printer. Til sidst er målet at lave masseudskrivning. Fordi lagene er så tynde og fleksible, vil rulle-til-rulle-behandling være enkel og gøre processen endnu mere økonomisk. Roll-to-roll er den samme proces, der bruges til at lægge et metalliseringsbarrierelag på kartoffelchipsposer, siger Gleason. Og hvis det er billigt nok til kartoffelchips, burde det være billigt nok til udstillinger.