Forskare vid National Physical Laboratory (NPL) har samarbetat med Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) i en ny studie för att bättre förstå nedbrytningen av blå organiska lysdioder (OLED). Studien har publicerats i Nature Communications .

Nedbrytningsmekanismerna – vare sig de är fysiska, kemiska eller något annat – som gör att blå OLED:er misslyckas är fortfarande inte helt klarlagda. Detta begränsar stabiliteten hos blå OLED:er – och i förlängning livslängden för OLED-teknik i fullfärgsskärmar och belysning.

Den första ljusemitterande polymerdioden (PLED) skapades vid NPL 1975. Den använde en polymerfilm på upp till 2,2 mikrometer tjock placerad mellan två laddningsinjicerande elektroder. Sedan dess har utvecklingen inom röd och grön OLED-teknik resulterat i att dessa färgade OLED:er nu är jämförbara med konventionella lysdioder.

Att förstå nedbrytningsmekanismen hos blå OLED:er är viktigt för att förbättra deras prestanda och stabilitet. OLED:er är dock bildade av mycket tunna lager av organiska molekyler, och kemiskt provtagning av organiska lager och gränssnitt i nanoskala med tillräckligt med analytisk information är utmanande.

För att ta itu med detta långvariga problem använde NPL/SAIT-teamet OrbiSIMS, en innovativ masspektrometrisk avbildningsteknik som uppfanns vid NPL 2017. Teamet använde OrbiSIMS masspektrometri i nanoskala för att för första gången identifiera nedbrytningsmolekyler av blå OLED:er med oöverträffad känslighet och lokalisera dem med sju nanometers djupupplösning inom OLED:s flerskiktsarkitektur.

Teamet fann att kemisk nedbrytning huvudsakligen är relaterad till förlust av syre i molekyler vid gränsytan mellan emissions- och elektrontransportskikt. OrbiSIMS-resultaten visade också ungefär en ökning av livslängden för OLED-enheter som använder något olika värdmaterial.

Resultaten och metoden som beskrivs i studien kan informera och driva framtida ansträngningar för att förbättra prestandan för nya blå OLED-arkitekturer och hjälpa tillverkare av bildskärmsteknik att utveckla bildskärmar av bättre kvalitet med längre produktlivslängder. Metoden har redan använts i en annan studie ledd av Samsung och Korea Advanced Institute of Science &Technology (KAIST), som också publicerades i Nature Communications .

Dr. Gustavo Trindade, en av NPLs huvudförfattare till studien sa:"Vår forskning - som valdes som ett redaktörsval inom temat "enheter" - gjorde det möjligt för oss att identifiera nedbrytningsmolekyler som är reaktionsprodukter lokaliserade i gränssnittet mellan emission och elektrontransportskikt (ETL/EML)."

"Närvaron av dessa nedbrytningsmolekyler korrelerar negativt med de blå OLED:ernas livslängd. Dessutom visade vi att enheter med subtilt modifierade värdmaterial har mycket minskade intensiteter av gränssnittsnedbrytningsprodukterna och uppvisar överlägsen livslängd."

Professor Ian Gilmore, NPL motsvarande författare till studien sa:"OrbiSIMS tillåter högt förtroende för identifiering av komplexa molekyler med attomolkänslighet och samtidig lokalisering till ett lager på mindre än sju nanometer. Detta kan inte uppnås med traditionell högpresterande LC-MS metoder som kräver upplösning av enheten OrbiSIMS som ett diagnostiskt verktyg för nedbrytning av OLED kan spela en viktig roll för att ge insikt för framtida material- och enhetsarkitekturutveckling."

Dr. Soohwan Sul och Dr. Joonghyuk Kim, SAITs huvudförfattare till studien sa:"Vi var glada över att arbeta med professor Ian Gilmores NPL-team för att tillämpa OrbiSIMS för första gången för att studera nedbrytningen av organiska ljusemitterande dioder (OLED) , som för närvarande är ett av de största hindren för OLED-industrin."

"Tack vare utvecklingen av OrbiSIMS med dess oöverträffade djup-/massupplösning och förmågan för intakt analys av organiska molekyler, kan vi nu diagnostisera och besvara en mängd utestående problem i organiska elektroniska enheter som OLED."

Mer information: Gustavo F. Trindade et al, Direkt identifiering av gränssnittsnedbrytning i blå OLED:er med kemisk djupprofilering i nanoskala, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av National Physical Laboratory