Gli scienziati del National Physical Laboratory (NPL) hanno collaborato con il Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) a un nuovo studio per comprendere meglio la degradazione dei diodi organici a emissione di luce blu (OLED). Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications .
I meccanismi di degrado – siano essi fisici, chimici o altro – che causano il guasto degli OLED blu non sono ancora del tutto chiari. Ciò limita la stabilità degli OLED blu e, per estensione, la durata della tecnologia OLED negli schermi e nell'illuminazione a colori.
Il primo diodo polimerico a emissione di luce (PLED) è stato creato presso NPL nel 1975. Utilizzava una pellicola polimerica spessa fino a 2,2 micrometri posizionata tra due elettrodi di iniezione di carica. Da allora, gli sviluppi nella tecnologia OLED rossa e verde hanno portato questi OLED colorati a essere ora paragonabili ai LED convenzionali.
Comprendere il meccanismo di degrado degli OLED blu è essenziale per migliorarne le prestazioni e la stabilità. Tuttavia, gli OLED sono formati da strati molto sottili di molecole organiche e il campionamento chimico di strati organici e interfacce su scala nanometrica con sufficienti informazioni analitiche è impegnativo.
Per affrontare questo problema di lunga data, il team NPL/SAIT ha utilizzato OrbiSIMS, un'innovativa tecnica di imaging della spettrometria di massa inventata presso NPL nel 2017. Il team ha utilizzato la spettrometria di massa su scala nanometrica di OrbiSIMS per identificare, per la prima volta, molecole di degradazione degli OLED blu con una sensibilità senza precedenti e localizzarli con una risoluzione di profondità di sette nanometri all'interno dell'architettura multistrato degli OLED.
Il team ha scoperto che la degradazione chimica è legata principalmente alla perdita di ossigeno nelle molecole all'interfaccia tra gli strati di emissione e di trasporto degli elettroni. I risultati di OrbiSIMS hanno inoltre mostrato un aumento di circa un ordine di grandezza nella durata dei dispositivi OLED che utilizzano materiali host leggermente diversi.
I risultati e il metodo descritti nello studio possono informare e guidare gli sforzi futuri per migliorare le prestazioni delle nuove architetture OLED blu e aiutare i produttori di tecnologie di visualizzazione a sviluppare display di migliore qualità con una durata del prodotto più lunga. Il metodo è già stato utilizzato in un altro studio condotto da Samsung e dal Korea Advanced Institute of Science &Technology (KAIST), anch'esso pubblicato su Nature Communications .
Il dottor Gustavo Trindade, uno degli autori principali dello studio NPL, ha affermato:"La nostra ricerca, che è stata selezionata come scelta dell'editore all'interno del tema 'dispositivi', ci ha permesso di identificare molecole di degradazione che sono prodotti di reazione localizzati all'interfaccia tra emissione e strati di trasporto degli elettroni (ETL/EML)."
"La presenza di queste molecole di degradazione è correlata negativamente con la durata degli OLED blu. Inoltre, abbiamo dimostrato che i dispositivi con materiali host leggermente modificati hanno intensità molto ridotte dei prodotti di degradazione interfacciali e mostrano una durata superiore."
Il professor Ian Gilmore, autore corrispondente dello studio dell'NPL, ha affermato:"OrbiSIMS consente un'elevata sicurezza nell'identificazione di molecole complesse con sensibilità attomolecolare e localizzazione simultanea su uno strato inferiore a sette nanometri. Ciò non può essere ottenuto utilizzando la tradizionale LC-MS ad alte prestazioni metodi che richiedono la dissoluzione del dispositivo. OrbiSIMS come strumento diagnostico per il degrado degli OLED può svolgere un ruolo fondamentale nel fornire informazioni per il futuro sviluppo di materiali e architettura del dispositivo."
Il dottor Soohwan Sul e il dottor Joonghyuk Kim, autori principali dello studio SAIT, hanno dichiarato:"Siamo stati lieti di lavorare con il team NPL del professor Ian Gilmore per applicare OrbiSIMS per la prima volta per studiare la degradazione dei diodi organici a emissione di luce (OLED) , che attualmente rappresenta uno dei maggiori ostacoli per l'industria OLED."
"Grazie allo sviluppo di OrbiSIMS con la sua risoluzione profondità/massa senza precedenti e la capacità di analisi intatta delle molecole organiche, ora possiamo diagnosticare e rispondere a una serie di problemi in sospeso nei dispositivi elettronici organici come gli OLED."
Ulteriori informazioni: Gustavo F. Trindade et al, Identificazione diretta del degrado interfacciale negli OLED blu utilizzando la profilazione chimica della profondità su scala nanometrica, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
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