Organiska ljusemitterande dioder (OLED) kommer snart att visa vår värld i ett nytt ljus:de små ljuskällornas dagar är räknade; i framtiden, hela väggar, tak, fasader och bilexteriörer kommer att lysa upp våra liv. Empa utforskar OLED-utveckling som ett nytt forskningsområde.

Organiska ljusemitterande dioder (OLED) är framtidens ljuskällor. Självlysande lack på bilar, färgglada vardagsrumsväggar och kökstak som lyser upp, reklamtavlor av ett helt annat slag – allt detta blir nu tänkbart. Förra året EU-projektet TREASORES, koordineras av Empa, skapat flexibel, genomskinliga elektroder, grunden för smidig, rullbara OLED. Att skaffa sig erfarenheten att tillverka och funktionalisera de flerskiktiga strukturerna hos OLEDs ljuskällor är nästa steg framåt. Trots allt, Att tillverka en homogent upplyst tapet är allt annat än trivialt. Således, expertis från branschen efterlyses snarast.

Anand Verma tar med sig denna expertis och kunnande till bordet. Han började sin karriär som en professionell konventionell tryckare på India Today efter att ha tagit en kandidatexamen i tryckeri och medieteknik från Manipal Institute of Technology. Han utökade sina kunskaper till det växande området för tryckt elektronik genom att ta en magisterexamen vid Chemnitz tekniska universitet (Tyskland). Med sitt omfattande forskningsarbete om OLED i samarbete med Holst Center i Eindhoven (Nederländerna), Novaled (Tyskland) och Cynora GmbH (Tyskland), han fick expertis för att utveckla bläck och nya tryckprocesser för OLED-tillverkning.

På Empa, som beläggnings-/tryckexpert handlar hans forskningsområde om att utveckla våtbeläggning och tryckning för Coating Competence Center (CCC). På CCC, han arbetar med att skriva ut perovskite solceller, ställdon, och liknande. Förutom, han fortsätter att utforska utskrift av flexibla OLED:er på olika substrat. "Jag kan uppskatta optimala lagerarkitekturer, som kommer att fungera i OLED beroende på de substrat som undersöks, ", säger Verma. "Så jag känner också till processparametrarna som behöver optimeras förutom bläcksammansättningen."

Ultratunna lager

De flesta ljuskällor vi känner till är punktljuskällor eller neonrör. OLED, å andra sidan, är ytljus. "Om du tittar på OLED-strukturen, " förklarar Empa-forskaren, "de består av flera nanometertunna lager." Den positivt laddade anoden består vanligtvis av transparent indiumtennoxid (ITO), som kan användas för att producera elektriskt ledande fönster eller filmer. Detta följs av ett organiskt halvledarskikt (poly 3, 4-etylendioxitiofen polystyrensulfonat, PEDOT:PSS), ett ljusemitterande skikt (supergult, fluorescerande färg), kalcium för arbetsfunktion och en katod, vanligtvis gjord av aluminium.

Det tar upp till tre dagar att producera ett parti OLED. För det första, det är viktigt att rengöra ITO-substratet noggrant eftersom även små fläckar kommer att dyka upp på den färdiga produkten senare – speciellt eftersom lagren bara är några nanometer tunna. Elektroniskt och morfologiskt stabil lagerarkitektur skiljer mellan en bra och dålig OLED:"Allmänt sett, ju tunnare lager, desto högre är risken för inhomogenitet vid våtbeläggning. Å andra sidan:om lagren är tjockare, en högre tändspänning behövs för att uppnå samma ljusstyrka, säger Verma.

Plasma ger en jämn färg

Efter rengöringsfasen, substratet behandlas med en syreplasma:det bombarderas med joner för att öka ytenergin, vilket underlättar bläckets vätningsbeteende och därmed erhåller ett homogent skikt. Det är viktigt att substratets ytenergi är högre än den för färgen som beläggs. "Beroende på materialets ytenergi och bläckets ytspänning, antingen väter den ytan eller avväter den. Dock, i vissa fall räcker det inte med att behandla substratet. När man producerar bläcket – för nästa lager av material – måste Verma först arbeta fram rätt lösningsmedel i den idealiska koncentrationen för att uppnå önskad ytenerginivå, erforderlig tjocklek och morfologi. Dessutom, lösningsmedlet ska vara så miljövänligt som möjligt. "Om vi ​​valde kloroform, till exempel, säger Verma, "Detta skulle ha en skadlig inverkan på hälsan under produktionsfasen eftersom det krävs ganska stora mängder av det." Ett av de använda bläcken är Super Yellow. Det viktigaste lagret är det ljusavgivande. Det är avgörande för forskaren att redan tillverka detta bläck 24 timmar i förväg eftersom det tar så lång tid för lösningsmedlet att lösas upp i färgen. I motsats till de tidigare lagren, kalcium och därefter aluminium vakuumförångas. Att göra så, tryckeriet måste använda ett handskfack inklusive en vakuumkammare för att förhindra oxidation av kalcium. Varför välja en så känslig metall? "Du kan också använda en annan. Men alla de som gör lämpliga kandidater är i samma grupp i det periodiska systemet; de oxiderar alla."

Skyddad från syre och fukt

För att använda de tillverkade enheterna i omgivningsförhållanden, Verma måste kapsla in den färdiga OLED för att skydda den från oxidation och fukt. Detta kräver ytterligare ett lager av transparent film eller glas och speciallim, som härdar under påverkan av UV-ljus.

Testerna som involverar de olika substraten och bärarna för dessa flexibla OLED:er kommer att pågå tills Empas demonstratorer lyser tillförlitligt. Anand Verma tänker redan på nästa steg:"Utskrifts- och beläggningsanordningar vid Empas nya Coating Competence Center skulle redan kunna producera OLED-mönster eller -ytor i större skala." Belysningen från labbet är inom räckhåll.