Учёные Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН разработали многослойные электролюминесцентные органические структуры для гибких дисплеев. Тонкоплёночные полупроводниковые системы на основе новых проводящих органических материалов называют также OLED-структурами (от английского Organic Light-Emitting Diode). Они могут использоваться в создании экранов телевизоров, ноутбуков, мобильных телефонов — это следующее поколение экранов после жидкокристаллических и плазменных.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Органический светодиод, включающий десять функциональных слоёв, работает от обычной батарейки.

Микрофотография наноразмерного органического кристалла, так называемого J-агрегата, полученная методом атомно-силовой микроскопии. Высота изображённого кристалла составляет всего лишь один нанометр.

Специалисты ИФХЭ РАН получили ряд новых органических систем на основе электрофосфоресцентных металлокомплексов, которые выступают в качестве молекулярных светоизлучающих центров, то есть служат «сердцем» излучающих структур. Были разработаны принципиально новые полимерные электролюминесцентные системы, светоизлучающие слои которых содержат наноразмерные органические кристаллы, известные как J-агрегаты. Эти частицы обеспечивают необычные оптоэлектронные свойства OLED-структур.

Чтобы получить тончайшие нанометровые слои, разогретые частицы осаждали в вакууме на прозрачную подложку, покрытую проводящим слоем. Общая толщина OLED-структур не превышала 100 нм. Учёные изучили их оптоэлектронные свойства, получили спектры излучения и значения квантовой эффективности, исследовали электронно-дырочную проводимость.

Исследование показало, что синтезированные органические металлокомплексы обладают повышенной подвижностью носителей зарядов. Это означает, что на их основе можно получать электролюминесцентные устройства с повышенной эффективностью, то есть большей световой мощностью при постоянном электрическом потенциале. Кроме того, синтезированные люминофоры имеют узкие полосы испускания в видимом диапазоне света (10—20 нм, например, для красного, синего и зелёного света), что обеспечивает очень насыщенный, яркий цвет излучения. Нелинейные оптические свойства, проявляемые новыми композитами, делают их перспективными для получения на их основе многофункциональных устройств, например таких, как оптические компьютеры, в которых информация передаётся световыми пучками (фотонами).

Если к многослойной OLED-структуре приложить напряжение в несколько вольт, затем пустить через неё очень слабый электрический ток, рабочий светоизлучающий органический слой начинает эффективно излучать свет. Именно поэтому изделия, созданные на основе органических электролюминофоров, в десятки раз экономичнее тех, в которых используются, например, жидкие кристаллы. Яркость свечения полученных в ИФХЭ РАН слоистых структур превышает 5000 кд/м² (кд — кандела, единица силы света). Для сравнения: жидкокристаллические дисплеи имеют яркость не более 500 кд/м². Кроме того, OLED-экран намного легче и тоньше жидкокристаллического, обладает лучшей цветопередачей, имеет гораздо более широкий угол считывания. Возможно получение плоских дисплеев на гибкой полимерной основе.

Однако пока OLED-структуры не могут быть запущены в производство — они боятся влаги и кислорода, и учёным ещё предстоит решить эту проблему. Кроме того, их производство остаётся достаточно дорогим.

№7, 2009