Ученые Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН разработали многослойные электролюминесцентные органические структуры для гибких дисплеев.

Тонкопленочные полупроводниковые системы на основе новых проводящих органических материалов называют также OLED (от английского Organic Light-Emitting Diode). Они могут использоваться в создании экранов телевизоров, ноутбуков, мобильных телефонов — это следующее поколение дисплеев после жидкокристаллических и плазменных.

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. Именно эти частицы обеспечивают необычные оптоэлектронные свойства OLED-структур.

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

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

Микрофотография наноразмерного органического кристалла, так называемого J-агрегата, полученная методом атомно-силовой микроскопии. Высота кристалла — 1 нм.

Исследование показало, что синтезированные органические металлокомплексы обладают повышенной подвижностью носителей зарядов. Это значит, 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 зеленого света), что обеспечивает очень насыщенный, яркий цвет излучения. Нелинейные оптические свойства, проявляемые новыми композитами, делают их перспективными для получения на их основе многофункциональных устройств — таких как оптические компьютеры, в которых информация передается световыми пучками (фотонами).

Если к многослойной OLED-структуре приложить напряжение в несколько вольт, а затем пустить через нее 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 5 000 кд/м2. Для сравнения: жидкокристаллические дисплеи имеют яркость не более 500 кд/м2. Кроме того, OLED-экран намного легче и тоньше жидкокристаллического, обладает лучшей цветопередачей, имеет более широкий угол считывания. Возможно получение плоских дисплеев на гибкой полимерной основе. Пока OLED-структуры не могут быть запущены в производство — они боятся влаги и кислорода. Ученым еще предстоит решить эту проблему. Кроме того, производство таких экранов является довольно дорогим.

Евгений Биргер

по материалам июльского номера журнала Наука и жизнь