Cientistas do Laboratório Físico Nacional (NPL) colaboraram com o Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) em um novo estudo para compreender melhor a degradação dos diodos emissores de luz orgânicos azuis (OLEDs). O estudo foi publicado na Nature Communications .



Os mecanismos de degradação – sejam físicos, químicos ou outros – que causam a falha dos OLEDs azuis ainda não são totalmente compreendidos. Isso limita a estabilidade dos OLEDs azuis e, por extensão, a vida útil da tecnologia OLED em telas coloridas e iluminação.

O primeiro diodo emissor de luz de polímero (PLED) foi criado no NPL em 1975. Ele usava um filme de polímero de até 2,2 micrômetros de espessura localizado entre dois eletrodos injetores de carga. Desde então, os desenvolvimentos na tecnologia OLED vermelha e verde fizeram com que estes OLED coloridos fossem agora comparáveis ​​aos LED convencionais.

Compreender o mecanismo de degradação dos OLEDs azuis é essencial para melhorar o seu desempenho e estabilidade. No entanto, os OLEDs são formados por camadas muito finas de moléculas orgânicas, e a amostragem química de camadas e interfaces orgânicas em nanoescala com informações analíticas suficientes é um desafio.

Para resolver este problema de longa data, a equipe NPL/SAIT usou o OrbiSIMS, uma técnica inovadora de imagem por espectrometria de massa inventada no NPL em 2017. A equipe usou a espectrometria de massa em nanoescala do OrbiSIMS para identificar, pela primeira vez, moléculas de degradação de OLEDs azuis com sensibilidade sem precedentes. e localizá-los com resolução de profundidade de sete nanômetros dentro da arquitetura multicamadas dos OLEDs.

A equipe descobriu que a degradação química está principalmente relacionada à perda de oxigênio nas moléculas na interface entre as camadas de emissão e de transporte de elétrons. Os resultados do OrbiSIMS também mostraram um aumento de aproximadamente uma ordem de magnitude na vida útil de dispositivos OLED que usam materiais hospedeiros ligeiramente diferentes.

Os resultados e o método descrito no estudo podem informar e impulsionar esforços futuros para melhorar o desempenho das novas arquiteturas OLED azuis e ajudar os fabricantes de tecnologia de exibição a desenvolver monitores de melhor qualidade com vida útil mais longa do produto. O método já foi utilizado em outro estudo liderado pela Samsung e pelo Korea Advanced Institute of Science &Technology (KAIST), que também foi publicado na Nature Communications. .

Gustavo Trindade, um dos principais autores do estudo do NPL, disse:"Nossa pesquisa - que foi selecionada como escolha do Editor dentro do tema 'dispositivos' - nos permitiu identificar moléculas de degradação que são produtos de reação localizados na interface entre emissão e camadas de transporte de elétrons (ETL/EML)."

"A presença dessas moléculas de degradação se correlaciona negativamente com a vida útil dos OLEDs azuis. Além disso, mostramos que dispositivos com materiais hospedeiros sutilmente modificados têm intensidades muito reduzidas dos produtos de degradação interfacial e exibem vida útil superior."

O professor Ian Gilmore, autor correspondente do estudo do NPL, disse:"O OrbiSIMS permite alta confiança na identificação de moléculas complexas com sensibilidade atomole e localização simultânea em uma camada de menos de sete nanômetros. Isso não pode ser alcançado usando LC-MS tradicional de alto desempenho métodos que exigem a dissolução do dispositivo como uma ferramenta de diagnóstico para degradação de OLEDs podem desempenhar um papel vital no fornecimento de informações para o futuro desenvolvimento de materiais e arquitetura de dispositivos.

Joonghyuk Kim, principais autores do estudo do SAIT, disseram:"Ficamos muito satisfeitos em trabalhar com a equipe NPL do professor Ian Gilmore para aplicar o OrbiSIMS pela primeira vez para estudar a degradação de diodos emissores de luz orgânicos (OLED) , que é atualmente um dos principais obstáculos para a indústria de OLED."

"Graças ao desenvolvimento do OrbiSIMS com sua resolução de profundidade/massa sem precedentes e a capacidade de análise intacta de moléculas orgânicas, podemos agora diagnosticar e responder a uma variedade de problemas pendentes em dispositivos eletrônicos orgânicos, como OLEDs."

Mais informações: Gustavo F. Trindade et al, Identificação direta da degradação interfacial em OLEDs azuis usando perfil de profundidade química em nanoescala, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43840-9
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pelo Laboratório Nacional de Física