История

Французский учёный Андрэ Бернаноз (André Bernanose) и его сотрудники открыли электролюминесценцию в органических материалах в начале 1950-х, прикладывая переменный ток высокого напряжения к прозрачным тонким плёнкам красителя акридинового оранжевого и хинакрина. В 1960-м исследователи из компании Dow Chemical разрабатывали управляемые переменным током электролюминесцентные ячейки, используя легированный антрацен.

Низкая электрическая проводимость таких материалов ограничивала развитие технологии до тех пор, пока не стали доступными более современные органические материалы, такие как полиацетилен и полипиррол. В 1963 году в ряде статей учёные сообщили о том, что они наблюдали высокую проводимость в допированном йодом полипирроле.

К сожалению, это открытие было «потеряно». И только в 1974 году исследовали свойства бистабильного выключателя на основе меланина с высокой проводимостью во «включенном» состоянии. Этот материал испускал вспышку света во время включения.

В 1977 году другая группа исследователей сообщила о высокой проводимости в подобно окисленном и легированном йодом полиацетилене. В 2000 году Алан Хигер, Алан Мак-Диармид и Хидеки Сиракава получили Нобелевскую премию по химии за «открытие и развитие проводящих органических полимеров». Ссылок на более ранние открытия не было.

Первое диодное устройство было создано в 1980-х компанией Eastman Kodak. В 1990 году в журнале Nature появляется статья учёных, в которой сообщается о полимере с зелёной светимостью и «очень высоким КПД». Недавно был разработан гибридный светоиспускающий слой, в котором используются непроводящие полимеры с примесью светоиспускающих проводящих молекул. Использование полимера даёт преимущества в механических свойствах без ухудшения оптических свойств. Светоиспускающие молекулы имеют ту же долговечность, как и в первоначальном полимере.

Последние разработки с использованием органических светодиодов в «наноиндустрии»

Нанотрубки для OLED

LED на основе полимеров можно использовать для создания относительно недорогих легких гибких дисплеев. К сожалению, гибкость OLED ограничивает проводящий оксид индий-олова ITO, который используется в традиционных LED в качестве анода. Выход из ситуации был найден в использовании углеродных нанотрубок (УНТ) в качестве анода. Стоит отметить, что нанотрубки демонстрируют отличные механические свойства, что несомненно улучшает показатели гибкости OLED.

Ученые из Калифорнийского университета изучили возможность использования одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) не только в качестве анода, но и катода OLED. При этом, однако, пришлось немного отступить от концепции традиционного OLED и использовать полимерную светоизлучающую электрохимическую ячейку (PLEC). PLEC состоит из светоизлучающего полимера, электролита и lithium trifluoromethane sulfonate (LiTf)) в пропорции 20:10:1 в растворе тетрагидрофурана (tetrahydrofuran). Кратко принцип ее действия можно описать так. При приложении напряжения ионы противоположного знака устремляются к соответствующим электродам, таким образом, по прошествие некоторого времени со стороны анода полимер оказывается "допированным" полимером p-типа, а со стороны катода - полимером n-типа. В центре наблюдается нейтральная область. Таким образом, получается структура p-i-n, и при приложенном напряжении PLEC люминесцируют.

В данной работе электроды из нанотрубок изготовили по стандартной технологии. Для этого ОУНТ предварительно промыли в водном растворе додецилсульфата натрия (sodium dodecylsulfonate), подвергли воздействию ультразвука и пропустили через фильтр из пористого алюминия. Отфильтрованную массу из нанотрубок перенесли на полиэстеровую подложку (PET), а на готовый электрод методом центрифугирования нанесли слой активного полимера. Полученные пленки при температуре 120 С заламинировали в структуру, показанную на рис.2. При этом все технологические операции выполнялись в атомосфере азота при низкой влажности и низком содержании кислорода.

Синие PLEC выявили хорошие электролюминесцентные характеристики: низкое напряжение включения (3,8 В), эффективность 2,2 кд/A при яркости 480 кд/м2, яркость 1400 кд/м2 при 10 В. Все устройства оказались очень гибкими, их можно сворачивать в трубки до 5 мм в диаметре без видимых повреждений. К сожалению, при этом деградируют люминесцентные свойства PLEC. После 50 циклов сворачивания-разворачивания характеристики ухудшились до напряжения включения 4,7 В, яркости 870 кд/м2, и максимальной эффективности 0,8 кд/А при 980 кд/м2. Дальнейшие исследования будут направлены на улучшение стабильности характеристик PLEC при деформации.

Разработан светодиод с высокой квантовой эффективностью

О создании необычной разновидности органического светодиода (OLED) объявили Гассан Джабур (Ghassan Jabbour) и Цзянь Ли (Jian Li) из университета Аризоны (Arizona State University). Новый тип OLED откроет путь к изготовлению эффективных систем освещения.

Диод, который придумала научная группа под руководством Джабура и Ли, называется "Белый фосфоресцентный органический светодиод, базируемый на эксимерах" (Excimer-Based White Phosphorescent Organic Light-Emitting Diode). Поясним, эксимеры — это разновидность возбуждённых молекулярных комплексов.

Разработчики необычного OLED пишут, что высокой эффективности им удалось добиться путём сочетания специально подобранных мономеров и эксимеров, внедрённых в новый базовый материал, а также — оптимизации конструкции диода с точки зрения распределения зарядов. В результате удалось, как сообщают исследователи, "впервые продемонстрировать почти 100% внутреннюю квантовую эффективность белого OLED" (подробнее — в пресс-релиз университета и статье авторов работы в журнале Advanced Materials).

Внутренняя квантовая эффективность, говоря упрощённо, это отношение числа излученных фотонов к числу электронов, введённых в устройство. Хотя здесь сравниваются не мощности (потребляемого тока и испускаемого света), по смыслу можно считать этот показатель аналогом привычного КПД. Последний для ламп накаливания, к слову, составляет примерно 5%, для люминесцентных ламп — 25%, а для твердотельных полупроводниковых светоизлучающих устройств — до 50%.

Авторы этой исследовательской работы утверждают, что светодиоды на эксимерах с подобранными ими материалами и архитектурой, можно производить в массовом порядке и сравнительно недорого.

Вывод:

Я считаю, развитие и использование органических светодиодов, в частности для создания дисплеев, очень перспективным направлением в науке. Уже сегодня основные недостатки таких дисплеев устраняются использованием новых материалов, в том числе синтезированных при помощи нанотехнологий. Применение таких дисплеев безгранично: начиная от обычных сотовых телефонов и MP3-плееров до широкоэкранных телевизоров и информационных табло.

Список литературы и источников

1. Источник: ASU Insight, MEMBRANA Люди. Идеи. Технологии., Wiley InterScience

2. Источник: Highly flexible polymer light-emitting devices using carbon nanotubes as both anodes and cathodes - SPIE Library

3. OLED // Wikipedia, the free Encyclopedia. — http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_light-emitting_diode (дата обращения: 27.06.2010)

4. Майская В. Органические светодиоды. Удивительное рядом // Электроника

НТБ. 2007. №5. С. 39–46