Organische light-emitting diodes (OLED's) zullen onze wereld binnenkort in een nieuw daglicht stellen:de dagen van kleine lichtbronnen zijn geteld; in de toekomst, hele muren, plafonds, gevels en auto-buitenkanten zullen ons leven verlichten. Empa verkent OLED-ontwikkeling als een nieuw onderzoeksgebied.

Organische light-emitting diodes (OLED's) zijn de lichtbronnen van de toekomst. Lichtgevende lak op auto's, kleurrijke woonkamermuren en keukenplafonds die oplichten, billboards van een heel ander soort - dit alles zal nu denkbaar zijn. Vorig jaar heeft het EU-project TREASORES, gecoördineerd door Empa, flexibel gemaakt, transparante elektroden, de basis voor soepele, oprolbare OLED's. Het opdoen van de ervaring om de meerlagige structuren van OLED-lichtbronnen te fabriceren en te functionaliseren, is de volgende stap voorwaarts. Ten slotte, het vervaardigen van een homogeen verlicht behang is allesbehalve triviaal. Dus, expertise uit de industrie is dringend gewenst.

Anand Verma brengt deze expertise en knowhow naar de tafel. Hij begon zijn carrière als professionele conventionele drukker bij India Today na het behalen van een Bachelor of Engineering in print- en mediatechnologie aan het Manipal Insititute of Technology. Hij breidde zijn kennis uit naar het zich ontwikkelende gebied van gedrukte elektronica door een Master's degree te behalen aan de Chemnitz University of Technology (Duitsland). Met zijn uitgebreide onderzoekswerk naar OLED's in samenwerking met Holst Centre in Eindhoven (Nederland), Novaled (Duitsland) en Cynora GmbH (Duitsland), hij verwierf expertise om inkten en nieuwe printprocessen voor OLED-fabricage te ontwikkelen.

Bij Empa, als coating/print expert is zijn onderzoeksgebied het ontwikkelen van nat coaten en printen voor het Coating Competence Center (CCC). Bij CCC, hij werkt aan het printen van perovskiet zonnecellen, actuatoren, en dergelijke. Daarnaast, hij blijft het printen van flexibele OLED's op verschillende substraten onderzoeken. "Ik kan optimale laagarchitecturen inschatten, die zal functioneren in OLED's, afhankelijk van de substraten die worden onderzocht, " zegt Verma. "Dus ik ken ook de procesparameters die naast de inktsamenstelling moeten worden geoptimaliseerd."

Ultradunne lagen

De meeste lichtbronnen die we kennen zijn puntlichtbronnen of neonbuizen. OLED's, anderzijds, zijn oppervlaktelampen. "Als je kijkt naar de OLED-structuur, " legt de Empa-onderzoeker uit, "ze bestaan ​​uit meerdere nanometer-dunne lagen." De positief geladen anode bestaat meestal uit transparant indiumtinoxide (ITO), die kunnen worden gebruikt om elektrisch geleidende ramen of films te produceren. Dit wordt gevolgd door een organische halfgeleiderlaag (poly 3, 4-ethyleendioxythiofeen polystyreensulfonaat, PEDOT:PSS), een lichtemitterende laag (Super Yellow, fluorescerende kleur), calcium voor werkfunctie en een kathode, meestal gemaakt van aluminium.

Het duurt tot drie dagen om een ​​batch OLED's te produceren. Allereerst, het is belangrijk om het ITO-substraat zorgvuldig te reinigen, omdat later zelfs minuscule vlekjes op het eindproduct verschijnen - vooral omdat de lagen slechts enkele nanometers dun zijn. Elektronisch en morfologisch stabiele laagarchitectuur maakt onderscheid tussen een goed en slecht presterende OLED:"Over het algemeen hoe dunner de lagen, hoe groter het risico op inhomogeniteit bij natlakken. Aan de andere kant:als de lagen dikker zijn, er is een hogere inschakelspanning nodig om dezelfde lichtsterkte te bereiken, ' zegt Verma.

Plasma zorgt voor een egale kleur

Na de reinigingsfase, het substraat wordt behandeld met een zuurstofplasma:het wordt gebombardeerd met ionen om de oppervlakte-energie te verhogen, wat het bevochtigingsgedrag van inkten vergemakkelijkt en zo een homogene laag verkrijgt. Het is belangrijk dat de oppervlakte-energie van het substraat hoger is dan die van de inkt die wordt gecoat. "Afhankelijk van de oppervlakte-energie van het materiaal en de oppervlaktespanning van de inkt, het bevochtigt het oppervlak of het maakt het nat. Echter, in sommige gevallen is het behandelen van de ondergrond niet voldoende. Bij het produceren van de inkt - voor de volgende laag materiaal - moet Verma eerst het juiste oplosmiddel in de ideale concentratie uitwerken om het gewenste oppervlakte-energieniveau te bereiken, vereiste dikte en morfologie. Bovendien, het oplosmiddel moet zo milieuvriendelijk mogelijk zijn. "Als we chloroform kiezen, bijvoorbeeld, " zegt Verma, "Dit zou een schadelijk effect hebben op de gezondheid tijdens de productiefase omdat er vrij grote hoeveelheden van nodig zijn." Een van de gebruikte inkten is Super Yellow. De belangrijkste laag is de lichtgevende laag. Het is cruciaal dat de onderzoeker deze inkt al 24 uur van tevoren maakt, omdat het zo lang duurt voordat het oplosmiddel in de kleurstof is opgelost. In tegenstelling tot de vorige lagen, calcium en vervolgens aluminium wordt vacuüm verdampt. Om dit te doen, de drukkerij moet een handschoenenkastje met vacuümkamer gebruiken om de oxidatie van calcium te voorkomen. Waarom kiezen voor zo'n gevoelig metaal? "Je zou ook een andere kunnen gebruiken. Maar al degenen die geschikte kandidaten maken, zitten in dezelfde groep in het periodiek systeem; ze oxideren allemaal."

Beschermd tegen zuurstof en vocht

Om de gefabriceerde apparaten in omgevingsomstandigheden te gebruiken, Verma moet de afgewerkte OLED inkapselen om deze te beschermen tegen oxidatie en vocht. Dit vereist nog een laag van transparante film of glas en speciale lijm, die uithardt onder invloed van UV-licht.

De tests met de verschillende substraten en de dragers voor deze flexibele OLED's zullen lopen totdat Empa's demonstrators betrouwbaar oplichten. Anand Verma denkt al aan de volgende stap:"Print- en coatingapparaten in Empa's nieuwe Coating Competence Center zouden al in staat zijn om OLED-patronen of -oppervlakken op grotere schaal te produceren." De verlichting van het lab is binnen handbereik.