I diodi organici a emissione di luce (OLED) mostreranno presto il nostro mondo sotto una nuova luce:i giorni delle piccole sorgenti luminose sono contati; in futuro, intere pareti, soffitti, facciate ed esterni di auto illumineranno le nostre vite. L'Empa sta esplorando lo sviluppo degli OLED come nuova area di ricerca.

I diodi organici a emissione di luce (OLED) sono le sorgenti luminose del futuro. Verniciatura luminescente su auto, pareti colorate del soggiorno e soffitti della cucina che si illuminano, cartelloni pubblicitari di un tipo molto diverso – tutto questo sarà ora concepibile. L'anno scorso il progetto UE TREASORES, coordinato dall'Empa, creato flessibile, elettrodi trasparenti, la base per l'elasticità, OLED arrotolabili. Acquisire l'esperienza per fabbricare e funzionalizzare le strutture multistrato delle sorgenti luminose OLED è il prossimo passo in avanti. Dopotutto, produrre una carta da parati omogeneamente illuminata è tutt'altro che banale. Così, è urgentemente necessaria la competenza del settore.

Anand Verma porta in tavola queste competenze e know-how. Ha iniziato la sua carriera come stampatore convenzionale professionale presso India Today dopo aver conseguito una laurea in ingegneria in tecnologia della stampa e dei media presso il Manipal Insititute of Technology. Ha esteso le sue conoscenze al settore in via di sviluppo dell'elettronica stampata conseguendo un master presso l'Università di tecnologia di Chemnitz (Germania). Con il suo ampio lavoro di ricerca sugli OLED in collaborazione con l'Holst Center di Eindhoven (Paesi Bassi), Novaled (Germania) e Cynora GmbH (Germania), ha acquisito esperienza per sviluppare inchiostri e nuovi processi di stampa per la fabbricazione di OLED.

All'Empa, in qualità di esperto di verniciatura/stampa, la sua area di ricerca riguarda lo sviluppo di verniciatura a umido e stampa per il Coating Competence Center (CCC). Al CCC, lavora alla stampa di celle solari in perovskite, attuatori, e simili. Oltretutto, continua ad esplorare la stampa di OLED flessibili su vari substrati. "Posso stimare architetture a strati ottimali, che funzionerà negli OLED a seconda dei substrati studiati, " dice Verma. "Quindi conosco anche i parametri di processo che devono essere ottimizzati oltre alla composizione dell'inchiostro".

Strati ultrasottili

La maggior parte delle sorgenti luminose che conosciamo sono sorgenti luminose puntiformi o tubi al neon. OLED, d'altra parte, sono luci di superficie. "Se guardi alla struttura OLED, " spiega il ricercatore Empa, "sono costituiti da più strati sottili di nanometri". L'anodo a carica positiva di solito è costituito da ossido di indio e stagno trasparente (ITO), che può essere utilizzato per produrre finestre o pellicole elettricamente conduttive. Questo è seguito da uno strato di semiconduttore organico (poli 3, 4-etilendiossitiofene polistirensolfonato, PEDOTTO:PSS), uno strato luminescente (Super Yellow, colore fluorescente), calcio per la funzione lavorativa e un catodo, generalmente in alluminio.

Occorrono fino a tre giorni per produrre un lotto di OLED. Prima di tutto, è importante pulire accuratamente il substrato ITO poiché anche piccoli granelli appariranno in seguito sul prodotto finito, soprattutto perché gli strati sono sottili solo pochi nanometri. L'architettura a strati elettronicamente e morfologicamente stabile distingue tra un OLED dalle prestazioni buone e da quelle con prestazioni scadenti:"Generalmente, più sottili sono gli strati, maggiore è il rischio di disomogeneità durante la verniciatura a umido. Viceversa:se gli strati sono più spessi, è necessaria una tensione di accensione più elevata per ottenere la stessa luminosità, "dice Verma.

Il plasma rende il colore uniforme

Dopo la fase di pulizia, il substrato viene trattato con un plasma di ossigeno:viene bombardato con ioni per aumentare l'energia superficiale, che facilita il comportamento di bagnatura degli inchiostri ottenendo così uno strato omogeneo. È importante che l'energia superficiale del substrato sia maggiore di quella dell'inchiostro da rivestire. "A seconda dell'energia superficiale del materiale e della tensione superficiale dell'inchiostro, o bagna la superficie o la deumidifica. Però, in alcuni casi il trattamento del substrato non è sufficiente. Quando si produce l'inchiostro, per lo strato successivo di materiale, Verma deve prima elaborare il solvente giusto nella concentrazione ideale per raggiungere il livello di energia superficiale desiderato, spessore e morfologia richiesti. Inoltre, il solvente dovrebbe essere il più ecologico possibile. "Se scegliamo il cloroformio, ad esempio, "dice Verma, "questo avrebbe un impatto dannoso sulla salute durante la fase di produzione perché ne sono necessarie quantità piuttosto elevate". Uno degli inchiostri utilizzati è Super Yellow. Lo strato più importante è quello che emette luce. È fondamentale che il ricercatore produca questo inchiostro già 24 ore prima poiché impiega così tanto tempo per dissolvere il solvente nella tintura. A differenza dei livelli precedenti, il calcio e successivamente l'alluminio vengono evaporati sotto vuoto. Fare così, lo specialista della stampa deve utilizzare un vano portaoggetti che includa una camera a vuoto per prevenire l'ossidazione del calcio. Perché optare per un metallo così sensibile? "Potresti anche usarne uno diverso. Ma tutti quelli che rendono i candidati idonei sono nello stesso gruppo nella tavola periodica; si ossidano tutti".

Protetto da ossigeno e umidità

Per utilizzare i dispositivi fabbricati in condizioni ambientali, Verma deve incapsulare l'OLED finito per proteggerlo dall'ossidazione e dall'umidità. Ciò richiede un altro strato di pellicola trasparente o vetro e colla speciale, che si indurisce sotto l'influenza della luce UV.

I test che coinvolgono i diversi substrati e i supporti per questi OLED flessibili dureranno fino a quando i dimostratori di Empa non si accenderanno in modo affidabile. Anand Verma sta già pensando al prossimo passo:"I dispositivi di stampa e rivestimento presso il nuovo Coating Competence Center dell'Empa sarebbero già in grado di produrre modelli o superfici OLED su scala più ampia". L'illuminazione del laboratorio è a portata di mano.