Prueba de regiones de retorno mediante la detección de cambios de luminancia en los OLED:la línea inferior de la figura presenta los bocetos de la vista superior en un píxel OLED en tres etapas ejemplares diferentes de la corriente total aplicada. La línea superior estima los perfiles de luminancia en la sección transversal indicada. Mientras que las corrientes de conducción bajas dan como resultado una distribución de luminancia homogénea (columna izquierda), las corrientes elevadas dan lugar a un perfil de luminancia que disminuye gradualmente (columna central). Después de exceder un cierto umbral de corriente, la luminancia incluso se reducirá ("retrocederá") en ciertas áreas del dispositivo (columna derecha). Crédito:Anton Kirch, Axel Fischer, Matthias Liero, Jurgen Fuhrmann, Annegret Glitzky, Sebastián Reineke
Es bien sabido que los LED y los transistores no deben conectarse en paralelo, ya que ligeras diferencias en la resistencia pueden provocar un flujo de corriente desequilibrado. Este efecto se vuelve aún más fuerte si los dispositivos se calientan a medida que su resistencia cambia con la temperatura. Para LED orgánicos (OLED), Este es un gran problema:cada panel de iluminación OLED de área grande puede entenderse como una conexión en paralelo de numerosos OLED diminutos individuales. Como consecuencia, estos dispositivos muestran una emisión de luz no homogénea si se calientan. Un fenómeno que ha sido observado tanto por investigadores como por empresas industriales en los últimos años, es una saturación de brillo que se produce a pesar de que la corriente total aplicada aumenta continuamente.
Ahora, un equipo de investigadores de TU Dresden y el Instituto Weierstrass de Berlín demuestran experimentalmente que los OLED no solo saturan, incluso muestran regiones que cambian de brillo:de repente, el OLED se oscurece en un área determinada, aunque la corriente total aplicada aumenta, lo que claramente es un resultado contrario a la intuición. Este llamado efecto de "retroceso" está directamente relacionado con la presencia de una fuerte retroalimentación electrotérmica no lineal en los OLED que tiene lugar al calentarse y que a su vez induce una resistencia diferencial negativa que hace que el dispositivo sea propenso a un funcionamiento inestable.
Los resultados tienen un gran impacto en la comprensión de la estabilidad a largo plazo en aplicaciones con alto brillo, p. como se encuentran en el sector de la automoción. Aquí, Los OLED ahora se están considerando para reemplazar la tecnología LED para las luces traseras, luces de señal, y luces de freno por sus nuevas posibilidades de diseño. Un problema al que todavía se enfrentan los OLED son los fenómenos de muerte súbita. Rara vez se describen en la literatura debido a su ocurrencia impredecible y aparentemente aleatoria. Sin embargo, Es probable que las regiones de retroceso ahora probadas estén estrechamente relacionadas con este fenómeno de muerte súbita. Una mejor comprensión del OLED como un sistema electrotérmico complejo permitirá, por lo tanto, ser esencial para pronosticar averías del dispositivo y desarrollar nuevas estrategias para una mejor uniformidad de brillo y estabilidad del dispositivo. En el futuro, Las aplicaciones novedosas con una intensidad de luz ultra alta, como los láseres orgánicos, también se beneficiarán del conocimiento exacto sobre los efectos de autocalentamiento.
La cooperación entre los dos grupos se remonta a 2011. Desde entonces, Se han publicado varias publicaciones conjuntas sobre retroalimentación electrotérmica en dispositivos semiconductores orgánicos. "La predicción de las regiones de retroceso en realidad se remonta a 2014 cuando obtuvimos algunas pistas iniciales mediante una simulación bastante rudimentaria, "dijo el Dr. Axel Fischer, quien es el autor correspondiente de este trabajo, y quien sigue, "Luego nos enfocamos en crear una configuración mejorada que nos permitiera medir el efecto de nuestras muestras a escala de laboratorio".
El término "conmutado hacia atrás" en realidad está relacionado con la densidad de corriente que disminuye localmente en el OLED en contraste con la corriente total que aún aumenta. Como es difícil medir la densidad de corriente local, Se utilizó una cámara para detectar la emisión que corresponde al flujo de corriente local. Si hubiera un brillo decreciente antes de que el OLED se degrade, sería una prueba de regiones cambiadas. En efecto, los experimentadores observaron repentinamente una luminancia decreciente en la región esperada del área activa justo después de que ocurriera la primera resistencia diferencial negativa.
Estos experimentos han sido realizados y evaluados por Anton Kirch, quien actualmente es un Ph.D. estudiante en TU Dresden. "Primero, se produce una región de resistencia diferencial negativa y se propaga a través del dispositivo para aumentar la corriente de alimentación. En un cierto punto, conmutan regiones que están distantes de los electrodos y que no tienen una disipación de potencia suficientemente alta. Uno puede imaginar que estas regiones de retorno sólo 'ven' el voltaje decreciente de las partes OLED que operan en el régimen de resistencia diferencial negativa y no saben que el voltaje aplicado externamente aún aumenta ".
Para confirmar los resultados experimentales, La compleja interacción entre la corriente y el flujo de calor se estudió numéricamente en un sistema altamente no lineal. teniendo en cuenta las diferentes capas del OLED. Por lo tanto, los matemáticos del Instituto Weierstrass de Berlín crearon una herramienta de simulación para resolver el sistema derivado de ecuaciones diferenciales parciales. "Tuvimos que introducir un algoritmo de seguimiento de ruta avanzado, "explica el Dr. Matthias Liero, "para capturar el comportamiento del dispositivo dentro del régimen biestable, es decir, cuando partes del OLED operan en el régimen de resistencia diferencial negativa ".
Después de que esto se implementó, la simulación numérica pudo reproducir el hallazgo experimental basado en suposiciones y parámetros razonables. Liero describe además:"Francamente, nos ha asombrado la concordancia cualitativa y cuantitativa entre simulación y experimento. La forma y la ocurrencia de la región de retroceso se calcularon como se encontró en el experimento. "El grupo ahora está buscando más socios de la ciencia y de la industria para transferir los resultados de OLED a escala de laboratorio a paneles de iluminación de película delgada más grandes. y geometrías más complicadas.
Ambos grupos quieren continuar su trabajo conjunto sobre la retroalimentación electrotérmica. Los próximos desafíos son crear nuevas estrategias para evitar regiones de retroceso con el fin de homogeneizar la luminancia incluso en el autocalentamiento. El objetivo será crear soluciones no triviales que tomen explícitamente en cuenta la naturaleza no lineal del problema. Es más, Se han iniciado estudios en profundidad que exploran la interdependencia entre la aparición de regiones de retroceso y escenarios de muerte súbita.
