安迪Extance护目镜在显示革命,经过30年的研究有机发光二极管
Gown-clad学生微笑,摆姿势的照片。这对他们来说是生死攸关的时刻,但这也是一个最近密歇根大学斯蒂芬·福勒斯特的职业生涯成就成为关注焦点。他看见两个女人拍照的三分之一,一个使用智能手机和液晶显示器(LCD)屏幕。但是另一个使用三星Galaxy的有机发光二极管(OLED)显示福勒斯特开发利用技术。我有明确的射杀1:1比较,”他激动地说。不同的是惊人的。
韩国电子巨头OLED显示器产品运送了3亿生成估计为70亿美元(£45亿)在2012年的全球收入。成功进化了30多年,小心分子选择和设计给oled市场领先的显示质量。但随着公司从袖珍显示55-inch-plus电视、制造问题仍有待解决。
液晶显示器通常用白色背光的观众。光通过液晶层和薄膜晶体管(TFT)控制图像信号,偏光镜,扩散器和颜色过滤器。相比之下,制造商可以存款100 nm厚的oled直接到TFT分开。点亮每一个独立,没有其他光学组件。带来更生动的色彩和更真实的黑人,更快的响应时间,避免模糊和更适合3 d图像,以及更低的能耗。他们把你的眼球从你的头,”福勒斯特说。
通过这一过程被称为致发光有机发光:受激电子的复合电子留下的“洞”的缺席。会议在一个分子,受激电子和洞之前坐在材料的最低未占据分子轨道(LUMO)和最高占据分子轨道(人类),分别。电子和空穴结合在一起,成为一个激子。当电子填补这个空缺,LUMO能量的大小差距,人类决定了光的颜色版本。
看到光
当科学家们看到有机分子electroluminesce在1950年代,也许第一个微弱的迹象表明,它可以有效地利用是在1979年。伊士曼柯达公司实验室的罗切斯特,纽约在美国,京唐努力开发有机光伏电池。聚合物的混合物,吸收染料和空穴传输分子分离为两个独立阶段给稍微更好的结果,所以他追求的想法。
柯达有一个巨大的图书馆的化学物质,他们让我在紫外线
Steven Van Slyke
唐时,罗彻斯特大学的,连接后,更高效的两层细胞研究电流通过它,他看见一个昏暗的光芒,激起了他的好奇心。一层是运输洞,另一个电子,材料之间的界面。他们有效地重组,让唐使光从有机化合物在比以往更低的电压。这是今天称为有机异质结,几乎所有的有机电子设备有一个,”唐说。
不确定如何使用技术,柯达雇佣Steven Van Slyke帮助唐。他们选择材料来提高光输出,降低驱动电压,因此功耗,并产生一个稳定的设备。“柯达有一个巨大的图书馆100多年的化学物质,”Van Slyke说,现在的首席技术官Kateeva公司美国加州门洛帕克。他们让我在紫外线。一些瓶子很清楚和粉脖子上,所以你可以看到化合物感到兴奋。”
O为有机金属
漫游这个发光库,一个独特的荧光化合物Van Slyke是显而易见的:tris-8-hydroxyquinolinatoaluminium或Alq3。唐和Van Slyke找到一个Alq3层电子运输和发射光。把一个阳性,或低功函数、10:1镁:银电极电子注入Alq一侧3好。另一方面,他们把一个芳香胺类空穴传输层,最后功函数高氧化铟锡(ITO)透明电极注入漏洞。1在一起,这些元素的“一个巨大的跳跃”产生的绿色oled的终生。“大多数设备然后持续了几分钟,”Van Slyke说。“我记得惊讶与这三个组件,我们可以把设备在一夜之间,有时早上会亮一点。”
到1989年,柯达的科学家2翻了一倍的内部量子效率(以)电子产生光子到2.5%。要做到这一点,他们修改原设计掺杂Alq3基质材料的荧光香豆素或共轭dicyanomethylene分子。”引入少量的高发光材料在许多矩阵,我们可以改变颜色和提高设备的效率和寿命,”唐解释道。三明治的空穴和电子传输层与host-dopant发射层填充仍在使用。
同样在1989年,不知道柯达的oled,杰里米·burrough正在剑桥大学,英国,想找到一个绝缘子放在一个原型共轭聚合物晶体管。他的同事,住布拉德利,建议聚苯乙烯撑(PPV),他曾与他的博士学位。但他们也感兴趣,其光学特性,用于通信。当应用一个电场burrough PPV测试这些属性,他看见光发射。
”然后我们必须发明一种方法使用发现,”布拉德利回忆说,目前是谁中心主任塑料电子产品在英国伦敦大学帝国理工学院。但burrough而不是写一篇论文,布拉德利和理查德的朋友剑桥的有机半导体项目领导,想专利他们的发现。这不是常见的。当我们对大学的我们想做什么,响应“为什么?”布拉德利的回忆道。
剑桥团队坚持,申请专利之前写传统论文描述一个绿色/黄色设备比柯达的小分子更简单的版本,只是PPV夹在两个电极之间。3他们将专利进入公司剑桥显示技术(CDT),现在还包括polyethylenedioxythiophene (PEDOT)空穴传输层的聚合物OLED三明治。
亮暗淡的希望
随着21世纪的临近,oled仍然低效尽管他们早期的希望,一定程度上是因为荧光基本量子力学限制。单线态激子,空穴和电子在相反的旋转,可以下降到单线态基态和发光。三线态激子,由空穴和电子自旋相同的,不是。重组产生单线态和三线态激子在1:3的比例,以限制在25%。
美国科学家斯蒂芬·福勒斯特,然后在新泽西普林斯顿大学,马克·汤普森,在洛杉矶的南加州大学,认为他们可以避开这条规则。首先他们做了不同寻常的亮红色OLED使用铂掺杂剂。4他们意识到附近的大金属核,激子经验在手性影响。三线态激子的运动和自旋相互作用,促使他们下降到单线态基态,并通过磷光发光。
三星的分子之间有一个直接的血统,我们开发的
斯蒂芬·福勒斯特
然后在1998年,汤普森看见一个绿色磷光材料的光学性质在美国化学学会会议上。团队立即知道分子,fac-tris 2-phenylpyridine铱(Ir (ppy)3),是一种理想的磷光掺杂剂。当福勒斯特的学生马克·鲍多今天,麻省理工学院的教授做了一个OLED,它打破了以限制。5
”(铱)是一切的关键”,福勒斯特说,“那个揭发了。没过多久我们就演示以100%。这时OLED领域开始作为一个实际显示的解决方案。福勒斯特和汤普森的工业合作伙伴通用显示器公司同样位于普林斯顿,商业化磷光掺杂物,出售他们的红色和绿色的亚像素在每个星系的电话。”之间有一个直接的传承这些分子和那些我们开发了,”福勒斯特说。
除了亮度,返回三线态激子基态电子也有助于使oled更稳定。这些材料的激子是最大的析构函数,”福勒斯特说。他们与一个电子或另一个激子相撞,加倍他们的能量。如果能源夫妇与债券在一个分子,它破坏分子。荧光材料,三个一组可以持续几秒钟,徘徊渴望做一些伤害。”
做选择
现在,OLED显示器是一个实用的现实,德国公司代有助于进一步降低功耗,带来其他好处。传输层材料,还在银河手机无处不在,含有小分子有机氧化还原掺杂物平稳旅行通过设备由电子和空穴。
的电极材料与传输函数是不匹配的工作材料的HOMO和LUMO水平,解释了斯文慕拉诺岛,负责产品管理的副总裁代在德累斯顿。我们添加强电子给体在电子方面,和强大的电子受体洞,产生自由电荷载体层。提供更大的自由选择电极,并控制电荷载体运输和能量。我们的技术允许新的能耗、色彩质量和生命周期优化,因此更好的妥协。
最常见的OLED显示器的化学三明治是分层在高真空蒸发工具电极垫在日前之前沉积在玻璃基板上。包括代掺杂传输层,加热形成的化合物,直到他们升华或蒸发,凝结在冷却器之前的目标。然而,这个过程很难管理。
“有一个小温度蒸发和分解之间的差距,“穆拉诺解释道。制造商希望提高温度增加沉积速率和生产速度,但在一定程度分解。我们正在努力扩大这一差距,需要分子设计找出分子疲软,并提出新的核心结构。
三星显示器包含红、绿和蓝色的亚像素并排。这让他们通过蒸汽沉积,OLED材料应用在一系列统一的电影好金属屏蔽(FMM)模板,每个颜色一个。”,浪费材料,FMM可以造成破坏,”Van Slyke说。但是做大电视,最大的问题是FMM无法得到更大的母亲可以同时生产几个55寸的显示器玻璃基板。
电影明星
另一个选择是印刷层在较大尺寸的玻璃,在Kateeva公司,Van Slyke正在开发喷墨设备来做到这一点。这样的制造商,因为所有的衬底材料最终,浪费更少,一样具有相同的外观和功耗阴影掩蔽,”他说。但是很难控制印刷胶片的厚度和均匀性。“所有溶剂蒸发,有很多,因为你经常在1 - 3%浓度,”Van Slyke说。合成的电影必须满足一致性和在整个衬底厚度的目标。这是所有可能的喷墨,但人们还在研究它。
一个油墨供应商住友化学位于东京的日本,在2007年买下了CDT。CDT的聚合物oled是由解决方案,使喷墨打印自2004年以来,包括灵活的电影。需要层涂布后不破坏之前的。化学是设计聚合物的电子结构,“住布拉德利的评论。但它也是设计聚合物外围组件如何控制它的加工性能。他们控制溶剂可以使用和如何在不同的溶剂可溶聚合物,给图层可以存款在彼此之上。”
虽然显示到目前为止支持真空沉积小分子有机/聚合物,印刷的潜力意味着研究人员也在开发小分子。关键问题不是聚合物和小分子,但解决方案与真空,”布拉德利说。在1月份在拉斯维加斯消费电子展,松下提出其56-inch OLED电视,与三星和LG的55寸的模型。主要的区别是,松下的是喷墨打印出来。尽管有这些公告,他强调,有更多的研究要做,例如不使用昂贵的铱排放三胞胎。你想象,55寸的电视广告产品不会有更科学,”布拉德利说。“事实上还有很多。”
OLED的创新也有利于有机电子的其他方面,尤其是光伏发电。尽管这就是唐开始,他警告成功比显示市场可能会有困难。“有机太阳能电池与硅,”唐说。OLED的没有。其他用途将不得不寻找空间,但oled发现真正的商业应用。有一件事你可以肯定:oled将显示未来电视的质量标准。”
安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国
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