211service.com
Nieuwe elektronica, goedkopere OLED-tv's
Organische lichtemitterende diodes (OLED's) zijn energiezuinig en helder, maar door de hoge fabricagekosten zijn ze niet zo algemeen verkrijgbaar als LCD's met vloeibare kristallen, vooral in grotere apparaten zoals tv's. Een nieuw type OLED-elektronica zou kunnen helpen de productiekosten te verlagen en de technologie veel breder beschikbaar te maken.
Transistortest: De glasplaatjes in deze afbeelding hebben een patroon met transistors die zijn ontworpen voor het aansturen van OLED-schermen. De metalen sondes en draden worden gebruikt om hun prestaties te testen.
Er is geen goede oplossing om OLED-elektronica te maken die goedkoop kan worden opgeschaald, zegt Andrew Rinzler , hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Florida. Rinzler leidde het werk aan het ontwikkelen van een type elektronica voor OLED's waarvan hij hoopt dat het een dergelijke oplossing zal bieden. Het werk werd gedeeltelijk gefinancierd door de durfkapitaalfirma Nano-holdings .
De pixels in OLED-schermen gebruiken transistors om organische moleculen te stimuleren, die vervolgens verschillende kleuren licht uitstralen. OLED-schermen hebben niet de lichtverspillende filters nodig die LCD's zo'n energievreter maken. Maar LCD's domineren de markt voor een groot deel omdat de transistorarrays van amorf silicium die worden gebruikt om LCD's aan te sturen, kunnen worden gemaakt over gebieden zo groot als een garagedeur voor één auto en vervolgens in kleinere stukken kunnen worden gesneden om displays voor tv's en andere apparaten te maken. Productie op deze schaal helpt de kosten laag te houden.
Fabrikanten van OLED-schermen kunnen niet dezelfde elektronica gebruiken, omdat het schakelen van de pixels in een OLED relatief hoge stromen vereist die amorf-siliciumtransistors snel uitbranden. In plaats daarvan zijn de huidige OLED-schermen gebouwd op duurdere polykristallijne siliciumtransistorarrays. Het grootste OLED-scherm op de markt (in Europa, maar nog niet verkrijgbaar in de VS) is een 15-inch model van LG. Het wordt verkocht voor iets meer dan $ 2.300; een lcd-tv van hetzelfde formaat kost minder dan $ 200.
Goedkopere OLED-elektronica zou in theorie gemaakt kunnen worden door zowel voor de elektronica als de pixels organische materialen te gebruiken. Transistors gemaakt van organische halfgeleiders leveren de hoge stromen die nodig zijn om OLED-pixels aan te sturen. Maar elektronen bewegen langzaam door conventionele organische transistors, wat resulteert in een scherm dat het beeld niet snel genoeg ververst. Om deze transistors te versnellen, hebben ingenieurs het ontwerp gewijzigd door componenten te verkleinen om de source- en drain-elektroden dichter bij elkaar te brengen en het kanaal kleiner te maken. Dit maakt het apparaat sneller omdat de elektronen niet zo ver hoeven te reizen door het organische materiaal waaruit het kanaal bestaat, dat de elektronen niet erg snel kan geleiden. Maar het maken van dergelijke apparaten met een hoge resolutie vereist dure lithografietechnieken.
Een goedkopere methode, ontwikkeld door Rinzler en collega's, is om de source- en drain-elektroden van een transistor dichter bij elkaar te brengen door componenten op elkaar te stapelen in plaats van naast elkaar. De groep van Rinzler, waaronder afgestudeerde studenten Mitchell McCarthy en Bo Liu, maakten deze transistors door een film van aluminium op een glazen substraat af te zetten om als poortelektrode te fungeren, en deze vervolgens te oxideren om er een dunne isolerende laag bovenop te creëren. Vervolgens deponeerden de onderzoekers een ultradunne, verdunde laag koolstofnanobuisjes om als bronelektrode te fungeren, gevolgd door een laag organisch materiaal om als kanaal te fungeren, en ten slotte een toplaag van goud als afvoerelektrode. Elk van deze films is erg dun, waardoor goede prestaties mogelijk zijn zonder dat er lithografietechnieken met hoge resolutie nodig zijn, zegt Rinzler.
De nieuwe elektronische apparaten van Rinzler, online beschreven in het tijdschrift Nano-letters , werken ook op een tiende van de spanning van conventionele OLED-elektronica, wat energie bespaart. De Florida-onderzoekers hebben nog geen OLED-schermen met een groot oppervlak gemaakt die worden aangedreven door de verticale transistorarrays, maar Rinzler zegt dat de transistors op geschikte stroom en spanning werken om dit te doen. Hoewel de onderzoekers deze arrays tot nu toe op glas hebben gemaakt, zijn de technieken die worden gebruikt om ze te maken compatibel met flexibele substraten en kunnen ze worden gebruikt om flexibele OLED-schermen te maken.
De verticale elektronische structuur werd voor het eerst voorgesteld in 1994 door Contact opnemen met Yang , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, en Alan Heeger , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara. Heeger deelde de 2000 Nobelprijs voor de Scheikunde voor de ontdekking en ontwikkeling van geleidende polymeren zoals die in het nieuwe apparaat worden gebruikt. Halverwege de jaren negentig begonnen Yang en Heeger deze apparaten te ontwikkelen via een bedrijf genaamd UNIAX dat vervolgens werd overgenomen door DuPont. Toen de twee hun oorspronkelijke werk deden, waren de prestaties van de beschikbare materialen niet zo goed als nu.
Koolstofnanobuisjes waren in 1994 nog niet beschikbaar, zegt Yang. In het apparaat van Rinzler, zegt hij, laat de dunne nanobuislaag zeer weinig stroomlekkage toe, een probleem dat de stroom van eerdere ontwerpen wegvoerde. Ook schakelen de toestellen van Florida veel sneller dan in het verleden mogelijk was. Ze hebben uitstekend werk geleverd om het apparaat veel beter te laten werken. Ik weet zeker dat dit artikel een belangrijke impact zal hebben op de organische elektronica, zegt hij.
Rinzler werkt nu aan het vereenvoudigen van de OLED-beeldschermarchitectuur in de hoop de productiekosten en complexiteit verder te verlagen. In plaats van een lichtemitterende pixel naast transistors te bouwen, wil Rinzler laagvermogen organische transistors bouwen die zelf licht uitstralen. Zijn groep heeft aangetoond dat het mogelijk is om lichtemitterende organische transistors te maken als de actieve materialen elektroluminescerend zijn, maar deze transistors werken alleen bij hoge spanningen, waardoor ze onpraktisch zijn. Rinzler is van mening dat de verticale, op nanobuisjes gebaseerde architectuur de efficiëntie van deze apparaten aanzienlijk zou kunnen verbeteren.