211service.com
Ny elektronik, billigere OLED-tv
Organic light-emitting diode (OLED)-skærme er energieffektive og sprøde, men høje produktionsomkostninger har forhindret dem i at være lige så udbredte som flydende-krystal-skærme (LCD'er), især i større enheder såsom tv'er. En ny type OLED-elektronik kan hjælpe med at nedbringe produktionsomkostningerne og gøre teknologien meget mere tilgængelig.
Transistor test: Glaspladerne på dette billede er mønstret med transistorer designet til at drive OLED-skærme. Metalsonderne og ledningerne bliver brugt til at teste deres ydeevne.
Der er ingen god løsning til at lave OLED-elektronik, der kan skaleres op billigt, siger Andrew Rinzler , professor i fysik ved University of Florida. Rinzler ledede arbejdet med at udvikle en type elektronik til OLED'er, som han håber vil give en sådan løsning. Arbejdet blev delvist finansieret af venturekapitalfirmaet Nano Holdings .
Pixels i OLED-skærme bruger transistorer til at stimulere organiske molekyler, som derefter udsender forskellige farver af lys. OLED-skærme behøver ikke de lysspildende filtre, der gør LCD-skærme til sådanne energisvin. Men LCD-skærme dominerer markedet for en stor del, fordi de amorfe-silicium-transistor-arrays, der bruges til at drive LCD-skærme, kan laves over områder så store som en garageport til en enkelt bil og derefter skåret i mindre stykker for at lave skærme til tv'er og andre enheder. Fremstilling i denne skala hjælper med at holde omkostningerne nede.
OLED-skærmproducenter kan ikke bruge den samme elektronik, fordi skift af pixels i en OLED kræver relativt høje strømme, der hurtigt brænder amorfe siliciumtransistorer ud. I stedet er nutidens OLED-skærme bygget på dyrere polykrystallinske-silicium-transistor-arrays. Den største OLED-skærm på markedet (i Europa, men endnu ikke tilgængelig i USA) er en 15-tommer model lavet af LG. Det sælges for lidt over $2.300; samme størrelse LCD-tv koster under $200.
Mindre dyr OLED-elektronik kunne i teorien laves ved at bruge organiske materialer til elektronikken såvel som pixels. Transistorer fremstillet ved hjælp af organiske halvledere giver de høje strømme, der er nødvendige for at drive OLED-pixel. Men elektroner bevæger sig langsomt gennem konventionelle organiske transistorer, hvilket resulterer i et display, der ikke opdaterer billedet hurtigt nok. For at fremskynde disse transistorer har ingeniører ændret designet, krympet komponenter for at bringe source- og drænelektroderne tættere på hinanden og gøre kanalen mindre. Dette gør enheden hurtigere, fordi elektronerne ikke behøver at rejse så langt gennem det organiske materiale, der udgør kanalen, som ikke kan lede elektronerne særlig hurtigt. Men at lave sådanne højopløselige enheder kræver dyre litografiteknikker.
En billigere metode, udviklet af Rinzler og kolleger, er at bringe source- og drænelektroderne på en transistor tættere på hinanden ved at stable komponenter oven på hinanden i stedet for side om side. Rinzlers gruppe, inklusive kandidatstuderende Mitchell McCarthy og Bo Liu, lavede disse transistorer ved at afsætte en film af aluminium på et glassubstrat for at fungere som portelektroden, og derefter oxidere det for at skabe et tyndt isolerende lag ovenpå. Dernæst afsatte forskerne et ultratyndt, fortyndet lag af kulstofnanorør for at fungere som en kildeelektrode, efterfulgt af et lag af organiske materialer til at fungere som kanalen og til sidst et toplag af guld som en drænelektrode. Hver af disse film er meget tynde, hvilket muliggør god ydeevne uden behov for højopløsnings litografiteknikker, siger Rinzler.
Rinzlers nye elektroniske enheder, beskrevet online i journalen Nano bogstaver , fungerer også ved en tiendedel af spændingen af konventionel OLED-elektronik, hvilket sparer strøm. Florida-forskerne har endnu ikke lavet store OLED-skærme drevet af de vertikale transistor-arrays, men Rinzler siger, at transistorerne fungerer ved passende strøm og spænding til at gøre det. Mens forskerne hidtil har lavet disse arrays på glas, er de teknikker, der bruges til at lave dem, kompatible med fleksible substrater og kunne bruges til at lave fleksible OLED-skærme.
Den vertikale elektroniske struktur blev først foreslået i 1994 af For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og teknik ved University of California, Los Angeles, og Alan Heeger , professor i materialevidenskab og teknik ved University of California, Santa Barbara. Heeger delte 2000 Nobelprisen i kemi til opdagelse og udvikling af ledende polymerer som dem, der bruges i den nye enhed. I midten af 1990'erne begyndte Yang og Heeger at udvikle disse enheder gennem et firma kaldet UNIAX, som efterfølgende blev opkøbt af DuPont. Da de to lavede deres originale arbejde, var ydeevnen af de tilgængelige materialer ikke så god, som den er i dag.
Carbon nanorør var ikke tilgængelige i 1994, siger Yang. I Rinzlers enhed, siger han, tillader det tynde nanorørlag meget lidt strømlækage, et problem, der drænede strøm fra tidligere designs. Florida-enhederne skifter også meget hurtigere, end det var muligt tidligere. De gjorde et fremragende stykke arbejde med at få enheden til at fungere meget bedre. Jeg er sikker på, at dette papir vil have en vigtig indflydelse på organisk elektronik, siger han.
Rinzler arbejder nu på at forenkle OLED-skærmarkitekturen i håb om yderligere at reducere produktionsomkostninger og kompleksitet. I stedet for at bygge en lysemitterende pixel ved siden af transistorer, ønsker Rinzler at bygge organiske transistorer med lav effekt, der selv udsender lys. Hans gruppe har vist, at det er muligt at lave lysemitterende organiske transistorer, hvis de aktive materialer er elektroluminescerende, men disse transistorer fungerer kun ved høje spændinger, hvilket gør dem upraktiske. Rinzler mener, at den vertikale, nanorør-elektrode-baserede arkitektur i høj grad kunne forbedre effektiviteten af disse enheder.