OLED con la struttura composita dell'elettrodo TiO2/grafene/polimero conduttore in funzione. L'OLED presenta il 40,8% di efficienza quantica esterna (EQE) ultraelevata e 160,3 lm/W di efficienza energetica. Il dispositivo preparato su un supporto plastico mostrato a destra rimane intatto e funziona bene anche dopo 1, 000 cicli di piegatura con un raggio di curvatura di soli 2,3 mm. Attestazione:KAIST
L'arrivo di un computer sottile e leggero che si arrotola anche come un pezzo di carta non avverrà in un lontano futuro. Diodi organici flessibili a emissione di luce (OLED), costruito su un supporto di plastica, hanno ricevuto una maggiore attenzione ultimamente per il loro utilizzo nei display di nuova generazione che possono essere piegati o arrotolati mentre sono ancora in funzione.
Un team di ricerca coreano guidato dal professor Seunghyup Yoo della School of Electrical Engineering, KAIST e il Professor Tae-Woo Lee del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, La Pohang University of Science and Technology (POSTECH) ha sviluppato OLED altamente flessibili con un'eccellente efficienza utilizzando il grafene come elettrodo trasparente (TE) che viene posizionato tra il biossido di titanio (TiO2) e gli strati di polimero conduttivo. I risultati della ricerca sono stati pubblicati online il 2 giugno 2016 in Comunicazioni sulla natura .
Gli OLED sono impilati in diversi strati ultrasottili su vetro, Foglio, o substrati plastici, in cui multistrati di composti organici sono interposti tra due elettrodi (catodo e anodo). Quando viene applicata tensione ai capi degli elettrodi, gli elettroni dal catodo e le lacune (cariche positive) dall'anodo si avvicinano e si incontrano nello strato emissivo. Gli OLED emettono luce quando un elettrone si ricombina con una lacuna positiva, rilasciando energia sotto forma di fotone. Uno degli elettrodi negli OLED è solitamente trasparente, e a seconda di quale elettrodo è trasparente, Gli OLED possono emettere dall'alto o dal basso.
Nei tradizionali OLED a emissione inferiore, un anodo è trasparente affinché i fotoni emessi escano dal dispositivo attraverso il suo substrato. L'ossido di indio-stagno (ITO) è comunemente usato come anodo trasparente a causa della sua elevata trasparenza, bassa resistenza del foglio, e un processo produttivo consolidato. Però, ITO può essere potenzialmente costoso, ed inoltre, è fragile, essendo suscettibile alla formazione di crepe indotta dalla flessione.
La nuova architettura per sviluppare OLED altamente flessibili con eccellente efficienza utilizzando il grafene come elettrodo trasparente (TE). Attestazione:KAIST
Grafene, un sottile strato bidimensionale di atomi di carbonio strettamente legati insieme in un reticolo esagonale a nido d'ape, è emerso di recente come alternativa all'ITO. Con elettrico eccezionale, fisico, e proprietà chimiche, la sua sottigliezza atomica che porta ad un alto grado di flessibilità e trasparenza lo rende un candidato ideale per i TE. Ciò nonostante, l'efficienza degli OLED a base di grafene segnalata fino ad oggi è stata, nella migliore delle ipotesi, circa lo stesso livello degli OLED basati su ITO.
Come soluzione, il gruppo di ricerca coreano, che include inoltre i professori Sung-Yool Choi (ingegneria elettrica) e Taek-Soo Kim (ingegneria meccanica) di KAIST e i loro studenti, ha proposto una nuova architettura del dispositivo in grado di massimizzare l'efficienza degli OLED a base di grafene. Hanno fabbricato un anodo trasparente in una struttura composita in cui uno strato di TiO2 con un alto indice di rifrazione (alto n) e uno strato di iniezione di fori (HIL) di polimeri conduttori con un basso indice di rifrazione (basso n) elettrodi di grafene a sandwich. Questo è un design ottico che induce una collaborazione sinergica tra gli strati high-n e low-n per aumentare l'effettiva riflettanza dei TE. Di conseguenza, il miglioramento della risonanza della cavità ottica è massimizzato. La risonanza della cavità ottica è correlata al miglioramento dell'efficienza e della gamma cromatica negli OLED. Allo stesso tempo, la perdita dal polaritone plasmonico di superficie (SPP), una delle principali cause di deboli emissioni di fotoni negli OLED, si riduce anche per la presenza dei polimeri a basso numero di conduttori.
Sotto questo approccio, gli OLED a base di grafene mostrano il 40,8% di efficienza quantica esterna (EQE) ultraelevata e 160,3 lm/W di efficienza energetica, che è senza precedenti in coloro che usano il grafene come TE. Per di più, questi dispositivi rimangono intatti e funzionano bene anche dopo 1, 000 cicli di piegatura con un raggio di curvatura di soli 2,3 mm. Questo è un risultato notevole per gli OLED contenenti strati di ossido come il TiO2, perché gli ossidi sono tipicamente fragili e soggetti a fratture indotte da flessione anche con una deformazione relativamente bassa. Il team di ricerca ha scoperto che il TiO2 ha un meccanismo di indurimento alla deflessione delle crepe che tende a prevenire la formazione di crepe indotte dalla flessione facilmente.
Il professor Yoo ha detto, "Cosa c'è di unico e avanzato in questa tecnologia, rispetto ai precedenti OLED a base di grafene, è la collaborazione sinergica di strati ad alto e basso indice che consente la gestione ottica sia dell'effetto di risonanza che della perdita di SPP, portando a un significativo miglioramento dell'efficienza, il tutto con pochi compromessi in termini di flessibilità." Ha aggiunto, "Il nostro lavoro è stato il raggiungimento di una ricerca collaborativa, trascendere i confini dei diversi campi, attraverso i quali abbiamo spesso trovato scoperte significative."
Il professor Lee ha detto, "Ci aspettiamo che la nostra tecnologia apra la strada allo sviluppo di una sorgente luminosa OLED per display altamente flessibili e indossabili, o sensori flessibili che possono essere attaccati al corpo umano per il monitoraggio della salute, ad esempio."
