В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) получены светоизлучающие диоды на основе металлоорганических комплексов тербия и цинка. Изготовлена партия тестовых образцов, обладающих термической устойчивостью и выдерживающих высокие токи. Разработан ряд технологических приемов, препятствующих деградации светодиодов и увеличивающих их ресурс в 5-10 раз.
Специалисты ФИАНа разработали органические светодиоды (OLED) на основе металлоорганических комплексов тербия и цинка. В последние годы в мире интенсивно развивается технология «альт-дисплей», конечный продукт которой — монитор компьютера, изготовленный из органических светодиодов. Такой монитор значительно тоньше «обычного», гораздо ярче, у него более насыщенные цвета, высокая контрастность. Однако полагать, что решены все задачи, необходимые для успешного функционирования новой технологии, явно преждевременно. Во многих лабораториях интенсивно исследуются новые материалы и ищутся варианты технологических решений. Сделать светодиод на новом материале — комплексная научная и технологическая задача.
Говорит заведующий отделом люминесценции им. С.И. Вавилова ФИАН доктор физико-математических наук Алексей Витухновский:
«Конструкция OLED — органический светоизлучающий диод — представляет собой такой сэндвич, который имеет снизу прозрачный электрод, сверху непрозрачный. Если приложить к нему напряжение, несколько вольт, — пиксель начинает светиться, испускает свет. Например, жидкокристаллические дисплеи — «слепые», при ярком солнечном свете рассмотреть на них что-либо трудно. Они пассивные, в них светодиоды освещают матрицу. А органический светодиод светит сам — светится все поле дисплея. Это принципиальное его отличие. Кстати, проблемы развития светодиодной индустрии в России, проблемы энергосбережения — об этом сейчас много говорят — с органическими диодами не связаны. А перспективы использования органических светодиодов самые широкие. Это и телевизоры, и мониторы, самая различная аппаратура. Но есть технические проблемы, связанные с деградацией органики, получением цветов».
Одно из направлений исследований в этой области связано с созданием более универсальных материалов, то есть предпринимаются попытки объединить функции нескольких слоев в одном. Небольшая потеря качества при этом должна компенсироваться простотой технологии. Существенным преимуществом работающей в области OLED исследовательской группы ФИАНа является разработанная многофакторная модель деградации органического светодиода, ведь именно нестабильность работы «органики» во времени наиболее сильно ограничивает ее применение.
В ФИАНе получена пилотная партия низкомолекулярных материалов на основе тербия и цинка.
На проводящее стекло (сплав оксида олова и свинца) наносится слой специального материала — ITO, используемого при изготовлении дисплеев. Этот слой служит прозрачным электродом. На него в вакууме напыляется несколько органических слоев синтезированного нового вещества, например, комплексного соединения, образованного несколькими основаниями Шиффа, присоединенными к атому цинка. Сверху на эту многослойную аморфную пленку методом термического напыления наносится металлический непрозрачный слой, служащий катодом. В результате получаются конструкция, напоминающая конденсатор — два электрода, между которыми зажато несколько органических слоев. Под напряжением такой прототип светодиода начинает излучать свет. Таким образом изготавливаются тестовые образцы, несколько пикселей будущего дисплея. Эти образцы всесторонне исследуются, для того чтобы скорректировать синтез и добиться необходимых параметров нового материала. Это пошаговая, итерационная работа.
Задача же состоит не только в том, чтобы создать более простую работающую структуру, но и в том, чтобы получить большую, чем у существующих материалов, эффективность — по набору характеристик или отдельным параметрам.
Цинковые комплексы не рассматривают как материал для источников освещения. Характеристики этого соединения, связанные с квантовыми эффектами, таковы, что выход в фотолюминесценцию не может превысить 25%. Но они стабильны термически и выдерживают большие токи.
«Это материал для другой области, возможно для сильноточной аппаратуры. Сейчас имеется уже пара сотен таких прототипов. Они выдерживают исключительно высокие нагрузки. Этому материалу не очень мешает нагрев — довольно редкое свойство для органики. Он, без сомнения, имеет перспективы в более узкоспециализированной (по сравнению с источниками освещения или дисплеями) нише» — говорит сотрудник отдела люминесценции ФИАН кандидат физико-математических наук Андрей Ващенко.
А вот тербиевые материалы позволяют получить эффективность фотолюминесценции вплоть до 100%. Образцы, с которыми работают в ФИАНе, показывают результат около 95%, они отдают практически все, что поглощают, незначительно изменив длину волны. По словам Андрея Ващенко, в лучших промышленных японских образцах этот показатель несколько слабее. Тербиевые материалы перспективны для производства самых различных дисплеев и средств освещения. Использование в будущем более эффективных светодиодов на металлоорганических комплексах тербия может стать следующим шагом в развитии оптоэлектроники и вытеснить нынешние светодиоды на неорганических материалах.
АНИ «ФИАН-информ»
