211service.com
Een goedkope route naar robuuste leds
Organische light-emitting diodes (OLED's) vinden gestaag hun weg naar commerciële apparaten zoals mobiele telefoons en flatscreens. Ze zijn vervaardigd met lagen organische polymeren, waardoor ze flexibel zijn, en ze gebruiken minder stroom en goedkopere materialen dan lcd-schermen.
Rood licht: Onderzoekers van het MIT hebben een potentieel goedkope manier gevonden om robuustere hybride leds te maken. De afbeelding toont een klein monster van rode kwantumdots gelaagd met een elektrisch geleidend polymeer op een glazen substraat gemaakt met behulp van de nieuwe fabricagetechniek.
Het nadeel is dat, omdat de polymeren gemakkelijk reageren met zuurstof en water, OLED's duur zijn om te produceren - ze moeten in hoogvacuümkamers worden gemaakt - en ze hebben extra beschermende verpakkingslagen nodig om ervoor te zorgen dat ze, zodra ze in weergaveapparaten zijn geïntegreerd , ze verslechteren niet wanneer ze worden blootgesteld aan lucht of vocht.
MIT hoogleraar scheikundige technologie Karen Gleason en MIT-postdoc Sreeram Vaddiraju hebben een proces ontwikkeld dat tot doel heeft de problemen van hoge fabricagekosten en instabiliteit voor OLED's op te lossen met behoud van hun flexibiliteit. De oplossing van Gleason is een hybride light-emitting diode of HLED. Het apparaat zou zowel organische als anorganische lagen bevatten, waarbij de flexibiliteit van een OLED wordt gecombineerd met de stabiliteit van een anorganisch lichtgevend materiaal. Het idee is om een gemengde tas te hebben en de kwaliteiten vast te leggen die goedkope fabricage en stabiliteit mogelijk maken, zegt Gleason.
Gleason begint met een substraat van elektrisch geleidend organisch polymeer, dat ze creëert door middel van een chemisch opdampproces in een laagvacuümkamer. Het is de enige stap in het proces die een vacuüm vereist, wat de aanpak goedkoper zou moeten maken dan conventionele methoden. Voor de lichtemitterende laag gebruikt Gleason kwantumdots, nanokristallen van anorganische halfgeleiders; elke kwantumstip kan worden afgestemd om bepaalde frequenties van licht uit te zenden. Hoewel kwantumstippen zelf inflexibel zijn, zijn ze zo klein - twee tot zes nanometer in doorsnee - dat zelfs als ze naast elkaar in een doorlopende film worden geplaatst, er nog steeds flexibiliteit in het materiaal mogelijk is.
Hoewel het gebruik van kwantumstippen in lichtgevende apparaten niet nieuw is, is de techniek van Gleason dat wel. Het probleem is hoe je de stippen in een uniforme, gelijkmatige laag op een substraat kunt laten plakken, zonder te bewegen. Vaddiraju zegt dat ze moleculaire bedrading gebruiken. In plaats van alleen de kwantumstippen op het polymeersubstraat te leggen, gebruiken de wetenschappers linkermoleculen tussen de lagen om de kwantumdotlaag en het polymeer chemisch aan elkaar te binden.
Dit verknopende molecuul tussen de lagen is een prachtige evolutie van de huidige structuren, zegt Vladimir Bulovic , een universitair hoofddocent elektrotechniek aan het MIT en de eerste die het praktische gebruik van kwantumdots in opto-elektronische apparaten demonstreerde. Bulovic' onderzoek was afhankelijk van andere methoden om kwantumstippen af te zetten: de stippen op een snel draaiend substraat laten vallen, spincasting genaamd, en, meer recentelijk, ze op een oppervlak stampen.
Het voordeel van de techniek van Gleason, zegt Bulovic, is dat je mechanisch, chemisch en elektrisch een zeer robuuste structuur krijgt. Het valideert een idee van het stabiliseren van kwantumstippen in organische structuren door covalente bindingen eromheen te verschaffen. Bulovic voegt eraan toe dat er nog steeds hindernissen moeten worden genomen, maar hij denkt dat het onderzoek weer een van die vorderingen is waar we op hoopten in het veld.
Covalente binding lost het afbraakprobleem op, zegt Vaddiraju, omdat de linkermoleculen vrije bindingen in het organische materiaal vastgrijpen, zodat er geen in de lucht kan reageren. Dat sluit de organische polymeerlaag effectief af tegen invloeden van buitenaf.
De crosslink moet ook zorgen voor opschaling. In plaats van het mechanische probleem aan te pakken van het afzetten van miljoenen nanokristallen op een substraat door spingieten of stempelen, verbindt de chemische reactie zelf de stippen met het substraat in een gladde, gelijkmatige laag. En in tegenstelling tot een proces zoals spingieten, gebruikt de techniek van de onderzoekers alle stippen en al het polymeer. Dus vanuit het oogpunt van materiële kosten verliezen we geen materiaal, zegt Vaddiraju.
Tot nu toe is het team erin geslaagd een rode HLED te creëren, die bij 100 °C 2.200 uur meeging. De onderzoekers denken dat dat ongeveer gelijk staat aan hun doel bij kamertemperatuur: 10.000 uur, of ongeveer drie jaar met iets minder dan 10 uur per dag, waarvan ze schatten hoe lang een mobiele telefoon meegaat.
De volgende stap is om het testen te voltooien met groene en blauwe stippen; de onderzoekers zullen alle drie de kleuren nodig hebben voor een compleet prototype. Daarna gaan ze verder om te zien hoe het apparaat werkt met snelle patronen, waarbij de stippen worden gebruikt als inkt uit een inkjetprinter. Uiteindelijk is het de bedoeling om in bulk te printen. Omdat de lagen zo dun en flexibel zijn, zal roll-to-roll verwerking eenvoudig zijn en het proces nog zuiniger maken. Roll-to-roll is hetzelfde proces dat wordt gebruikt om een metallisatiebarrièrelaag op chipszakken aan te brengen, zegt Gleason. En als het goedkoop genoeg is voor chips, moet het ook goedkoop genoeg zijn voor displays.