Aan de Universiteit van Michigan is een nieuwe elektrode ontwikkeld die 20% meer licht van organische lichtgevende diodes zou kunnen vrijmaken. Het kan helpen de levensduur van de batterij van smartphones en laptops te verlengen, of televisies en schermen van de volgende generatie veel energiezuiniger te maken.

De aanpak voorkomt dat licht wordt opgesloten in het lichtemitterende deel van een OLED, waardoor OLED's de helderheid behouden terwijl ze minder stroom verbruiken. In aanvulling, de elektrode is eenvoudig in te passen in bestaande processen voor het maken van OLED-displays en verlichtingsarmaturen.

“Met onze aanpak je kunt het allemaal in dezelfde vacuümkamer doen, " zei L. Jay Guo, U-M hoogleraar elektrische en computertechniek en corresponderende auteur van de studie.

Tenzij ingenieurs actie ondernemen, ongeveer 80% van het licht dat door een OLED wordt geproduceerd, wordt gevangen in het apparaat. Het doet dit vanwege een effect dat bekend staat als golfgeleiding. Eigenlijk, de lichtstralen die niet onder een hoek bijna loodrecht uit het apparaat komen, worden teruggekaatst en zijwaarts door het apparaat geleid. Ze gaan verloren in de OLED.

Een groot deel van het verloren licht wordt eenvoudigweg gevangen tussen de twee elektroden aan weerszijden van de lichtzender. Een van de grootste boosdoeners is de transparante elektrode die tussen het lichtgevende materiaal en het glas staat, meestal gemaakt van indiumtinoxide (ITO). In een laboratoriumapparaat je kunt gevangen licht zien dat uit de zijkanten schiet in plaats van door te reizen naar de kijker.

"Onbehandeld, het is de sterkste golfgeleidende laag in de OLED, "Zei Guo. "We willen de oorzaak van het probleem aanpakken."

Door de ITO te verwisselen voor een laag zilver van slechts vijf nanometer dik, afgezet op een zaadlaag van koper, Guo's team handhaafde de elektrodefunctie en elimineerde het golfgeleidingsprobleem in de OLED-lagen helemaal.

"De industrie kan misschien meer dan 40% van het licht vrijmaken, gedeeltelijk door de conventionele indium-tinoxide-elektroden te ruilen voor onze nanoschaallaag van transparant zilver, " zei Changyeong Jeong, eerste auteur en een Ph.D. kandidaat in elektrotechniek en computertechniek.

Dit voordeel is lastig te zien, Hoewel, in een relatief eenvoudig laboratoriumapparaat. Ook al wordt er geen licht meer geleid in de OLED-stack, dat vrijgekomen licht nog door het glas kan worden gereflecteerd. In industrie, ingenieurs hebben manieren om die reflectie te verminderen - het creëren van hobbels op het glasoppervlak, of het toevoegen van rasterpatronen of deeltjes die het licht door het glas zullen verspreiden.

"Sommige onderzoekers waren in staat om ongeveer 34% van het licht vrij te maken door onconventionele materialen te gebruiken met speciale emissierichtingen of patroonstructuren, ' zei Jeong.

Om te bewijzen dat ze de golfgeleiding in de lichtzender hadden geëlimineerd, Guo's team moest het licht door het glas stoppen, te. Ze deden dit met een experimentele opstelling met een vloeistof die dezelfde brekingsindex had als glas, zogenaamde index-matching fluid - een olie in dit geval. Die "index-matching" voorkomt de reflectie die optreedt op de grens tussen glas met een hoge index en lucht met een lage index.

Toen ze dit eenmaal hadden gedaan, ze konden hun experimentele opstelling van de zijkant bekijken en zien of er licht van opzij kwam. Ze ontdekten dat de rand van de lichtgevende laag bijna helemaal donker was. Beurtelings, het licht dat door het glas kwam was ongeveer 20% helderder.

De bevinding wordt beschreven in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , in een paper getiteld, "Lichtopsluiting in organische lichtemitterende diodes aanpakken door volledige eliminatie van golfgeleidermodi."

Dit onderzoek werd gefinancierd door Zenithnano Technology, een bedrijf dat Guo mede heeft opgericht om de uitvindingen van zijn laboratorium van transparant, flexibele metalen elektroden voor displays en touchscreens.

De Universiteit van Michigan heeft octrooibescherming aangevraagd. Het apparaat is gebouwd in de Lurie Nanofabrication Facility.