Wetenschappers van het National Physical Laboratory (NPL) hebben samengewerkt met het Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) aan een nieuw onderzoek om de degradatie van blauwe organische lichtemitterende diodes (OLED's) beter te begrijpen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications .

De degradatiemechanismen – fysiek, chemisch of iets anders – die ervoor zorgen dat blauwe OLED’s falen, zijn nog steeds niet volledig begrepen. Dit beperkt de stabiliteit van blauwe OLED's, en daarmee de levensduur van OLED-technologie in kleurenschermen en verlichting.

De eerste polymeer light-emitting diode (PLED) werd in 1975 bij NPL gemaakt. Er werd gebruik gemaakt van een polymeerfilm van maximaal 2,2 micrometer dik, gelegen tussen twee ladingsinjecterende elektroden. Sindsdien hebben de ontwikkelingen in de rode en groene OLED-technologie ertoe geleid dat deze gekleurde OLED's nu vergelijkbaar zijn met conventionele LED's.

Het begrijpen van het degradatiemechanisme van blauwe OLED’s is essentieel om hun prestaties en stabiliteit te verbeteren. OLED's bestaan ​​echter uit zeer dunne lagen organische moleculen, en het chemisch bemonsteren van organische lagen en interfaces op nanoschaal met voldoende analytische informatie is een uitdaging.

Om dit al lang bestaande probleem aan te pakken, gebruikte het NPL/SAIT-team OrbiSIMS, een innovatieve massaspectrometrie-beeldvormingstechniek die in 2017 bij NPL werd uitgevonden. Het team gebruikte de massaspectrometrie op nanoschaal van OrbiSIMS om voor het eerst degradatiemoleculen van blauwe OLED's met ongekende gevoeligheid te identificeren. en lokaliseer ze met een diepteresolutie van zeven nanometer binnen de meerlaagse architectuur van de OLED.

Het team ontdekte dat chemische afbraak voornamelijk verband houdt met het verlies van zuurstof in moleculen op het grensvlak tussen emissie- en elektronentransportlagen. De resultaten van OrbiSIMS lieten ook een toename van ongeveer één orde van grootte zien in de levensduur van OLED-apparaten die enigszins andere hostmaterialen gebruiken.

De resultaten en de methode die in het onderzoek worden beschreven, kunnen toekomstige inspanningen ter verbetering van de prestaties van nieuwe blauwe OLED-architecturen informeren en stimuleren en fabrikanten van beeldschermtechnologie helpen beeldschermen van betere kwaliteit met een langere productlevensduur te ontwikkelen. De methode is al gebruikt in een ander onderzoek onder leiding van Samsung en het Korea Advanced Institute of Science &Technology (KAIST), dat ook werd gepubliceerd in Nature Communications .

Dr. Gustavo Trindade, een van de hoofdauteurs van de studie bij NPL, zei:"Ons onderzoek – dat werd geselecteerd als Editor-keuze binnen het thema 'apparaten' - stelde ons in staat afbraakmoleculen te identificeren die reactieproducten zijn die gelokaliseerd zijn op het grensvlak tussen emissie en elektronentransportlagen (ETL/EML)."

"De aanwezigheid van deze degradatiemoleculen correleert negatief met de levensduur van de blauwe OLED's. Bovendien hebben we aangetoond dat apparaten met subtiel gemodificeerde gastheermaterialen de intensiteit van de grensvlakdegradatieproducten sterk hebben verminderd en een superieure levensduur vertonen."

Professor Ian Gilmore, NPL-corresponderende auteur van de studie, zei:"OrbiSIMS maakt een groot vertrouwen mogelijk in de identificatie van complexe moleculen met attomolgevoeligheid en gelijktijdige lokalisatie naar een laag van minder dan zeven nanometer. Dit kan niet worden bereikt met behulp van traditionele, krachtige LC-MS Methoden die de ontbinding van het apparaat vereisen, kunnen als diagnostisch hulpmiddel voor de degradatie van OLED's een cruciale rol spelen bij het verschaffen van inzicht voor de toekomstige ontwikkeling van materiaal en apparaatarchitectuur."

Dr. Soohwan Sul en Dr. Joonghyuk Kim, SAIT-hoofdauteurs van de studie, zeiden:"We waren verheugd om samen te werken met het NPL-team van professor Ian Gilmore om de OrbiSIMS voor de eerste keer toe te passen om de degradatie van organische lichtemitterende diodes (OLED) te bestuderen. , wat momenteel een van de grootste obstakels is voor de OLED-industrie."

"Dankzij de ontwikkeling van de OrbiSIMS met zijn ongekende diepte-/massaresolutie en het vermogen van de intacte analyse van organische moleculen, kunnen we nu een verscheidenheid aan openstaande problemen in organische elektronische apparaten zoals OLED's diagnosticeren en beantwoorden."

Meer informatie: Gustavo F. Trindade et al, Directe identificatie van grensvlakdegradatie in blauwe OLED's met behulp van chemische diepteprofilering op nanoschaal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Geleverd door Nationaal Fysisch Laboratorium