Los científicos del Laboratorio Nacional de Física (NPL) han colaborado con el Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT) en un nuevo estudio para comprender mejor la degradación de los diodos emisores de luz orgánicos azules (OLED). El estudio ha sido publicado en Nature Communications .

Los mecanismos de degradación (ya sean físicos, químicos o de otro tipo) que causan que los OLED azules fallen aún no se comprenden completamente. Esto limita la estabilidad de los OLED azules y, por extensión, la vida útil de la tecnología OLED en pantallas e iluminación a todo color.

El primer diodo emisor de luz de polímero (PLED) se creó en NPL en 1975. Utilizaba una película de polímero de hasta 2,2 micrómetros de espesor ubicada entre dos electrodos de inyección de carga. Desde entonces, los avances en la tecnología OLED roja y verde dieron como resultado que estos OLED de colores sean ahora comparables a los LED convencionales.

Comprender el mecanismo de degradación de los OLED azules es esencial para mejorar su rendimiento y estabilidad. Sin embargo, los OLED están formados por capas muy delgadas de moléculas orgánicas, y el muestreo químico de capas e interfaces orgánicas a nanoescala con suficiente información analítica es un desafío.

Para abordar este problema de larga data, el equipo de NPL/SAIT utilizó OrbiSIMS, una innovadora técnica de imágenes de espectrometría de masas inventada en NPL en 2017. El equipo utilizó la espectrometría de masas a nanoescala de OrbiSIMS para identificar, por primera vez, moléculas de degradación de OLED azules con una sensibilidad sin precedentes. y localizarlos con una resolución de profundidad de siete nanómetros dentro de la arquitectura multicapa del OLED.

El equipo descubrió que la degradación química está relacionada principalmente con la pérdida de oxígeno en las moléculas en la interfaz entre las capas de emisión y transporte de electrones. Los resultados de OrbiSIMS también mostraron un aumento de aproximadamente un orden de magnitud en la vida útil de los dispositivos OLED que utilizan materiales host ligeramente diferentes.

Los resultados y el método descrito en el estudio pueden informar e impulsar esfuerzos futuros para mejorar el rendimiento de las nuevas arquitecturas OLED azules y ayudar a los fabricantes de tecnología de visualización a desarrollar pantallas de mejor calidad con una vida útil más larga. El método ya se ha utilizado en otro estudio dirigido por Samsung y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), que también se publicó en Nature Communications. .

El Dr. Gustavo Trindade, uno de los autores principales del estudio de NPL, dijo:"Nuestra investigación, que fue seleccionada como opción del editor dentro del tema 'dispositivos', nos permitió identificar moléculas de degradación que son productos de reacción localizados en la interfaz entre la emisión y capas de transporte de electrones (ETL/EML)".

"La presencia de estas moléculas de degradación se correlaciona negativamente con la vida útil de los OLED azules. Además, demostramos que los dispositivos con materiales anfitriones sutilmente modificados tienen intensidades mucho más reducidas de los productos de degradación interfacial y exhiben una vida útil superior".

El profesor Ian Gilmore, autor correspondiente del estudio en NPL, dijo:"OrbiSIMS permite una alta confianza en la identificación de moléculas complejas con sensibilidad attomol y localización simultánea en una capa de menos de siete nanómetros. Esto no se puede lograr utilizando la LC-MS tradicional de alto rendimiento". Los métodos que requieren la disolución del dispositivo OrbiSIMS como herramienta de diagnóstico para la degradación de los OLED pueden desempeñar un papel vital a la hora de proporcionar información para el futuro desarrollo de la arquitectura de materiales y dispositivos".

El Dr. Soohwan Sul y el Dr. Joonghyuk Kim, autores principales del estudio de SAIT, dijeron:"Estamos encantados de trabajar con el equipo de NPL del profesor Ian Gilmore para aplicar OrbiSIMS por primera vez para estudiar la degradación de los diodos orgánicos emisores de luz (OLED). , que actualmente es uno de los principales obstáculos para la industria OLED."

"Gracias al desarrollo de OrbiSIMS con su resolución de profundidad/masa sin precedentes y la capacidad de análisis intacto de moléculas orgánicas, ahora podemos diagnosticar y responder a una variedad de problemas pendientes en dispositivos electrónicos orgánicos como los OLED".

Más información: Gustavo F. Trindade et al, Identificación directa de la degradación interfacial en OLED azules mediante perfiles de profundidad química a nanoescala, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9

Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza

Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Física