Светоизлучающая органика

Дата: Август 20, 2014 - 2:10 дп Нет комментариев

light-emitting-organicsСовременная цивилизация остро нуждается в эффективных источниках света, прежде всего для освещения, а также для устройств отображения информации: дисплеев, мониторов, экранов.

Сегодня для освещения используются преимущественно три типа источников. Первый — это всем известная лампа накаливания, второй тип — люминесцентные лампы. Третий — светодиодные излучатели, которые сейчас только появляются.

Эффективность первых двух чрезвычайно низкая. У ламп накаливания доля энергии, которая превращается в свет, что мы тратим на освещение, очень мала. Она выше у люминесцентных источников, но они содержат ртуть. Несмотря на большую пропаганду они вредны, так как нет надежной системы утилизации отработанных ламп. Однако эффективность люминесцентных ламп в несколько раз выше, чем у ламп накаливания.

Современная цивилизация использует для освещения около 20-30% мировой генерации электроэнергии. Из этих 20-30% эффективно используется лишь несколько. Необходимы новые подходы к разработке эффективных источников света.

Светодиодные излучатели появились относительно недавно. Они эффективные, но очень дорогие. На сегодняшний день их можно купить в магазине — появились такие светильники, — но стоимость светоизлучающей микросхемы пока весьма высока.

Актуальная задача поиска источников света, которые были бы дешевыми и эффективными. В этом смысле очень интересны органические материалы. Потенциал органических материалов заключается в том, что они могут быть очень дешевыми, так как могут производиться за технологиями, развитыми в химической промышленности, например, полимеры, пластики. Потенциальная стоимость таких материалов очень низкая.

Но все, что производится сейчас, к сожалению, не обладает полупроводниковыми свойствами. Необходимые материалы, которые смогут эффективно преобразовывать электричество в свет. Когда мы говорим про органические полупроводниковые излучатели, мы должны искать материалы, которые, во-первых, являются органическими и, во-вторых, имеют полупроводниковые свойства и могут излучать свет видимого диапазона.

Современные краски изготавливаются для любых поверхностей и любого оттенка. То есть органика может иметь любую расцветку, нужно заставить ее еще и излучать. Для этого необходимо организовать этот материал так, чтобы по нему могли двигаться носители заряда, то есть электроны, и энергия, которая затем превращалась бы на свет. В таком случае мы бы имели источники света, которые могли бы изготавливаться как полимерные пленки: их можно разворачивать, оклеивать стены, делать гибкие телевизоры, компьютеры, которые сворачиваются в трубочку, и так далее. При низкой стоимости можно достичь эффективности и конкурентоспособности.

Сегодня применяются органические светоизлучающие диоды, в которых выполнены дисплее некоторых современных смартфонов. Но такие дисплеи на основе органических материалов пока сложно сделать гибкими. Поэтому используются технологии, разработанные в классической полупроводниковой электронике: материал напыляется на твердую подложку в условиях вакуума. Исследователи стремятся к тому, чтобы такие материалы и пленки можно было получать так, как делают полимеры. Например, растворили порошок, сделали раствор, налили эту пленку, подключили к ней источник питания, и она засветилась.

Самое важное на сегодняшний день достижения в этой области — органические светоизлучающие диоды и транзисторы. Их эффективность еще отстает от неорганических светоизлучающих диодов, но уже опережает лампы. Если удастся сделать эту технологию дешевой, то в перспективе она сможет успешно конкурировать с неорганическими источниками света. К тому же в органических светодиодах излучение идет не из точки, как в неорганических светодиодах, а может идти со всей поверхности пленки.

Органические светоизлучающие пленки уже начинают появляться на рынке. Пока они достаточно дорогие, потому что стоимость их производства очень высокая. Пленки можно использовать, например, в дизайнерских проектах, освещении внутри автомобилей и там, где нужно какое-то специальное освещение. Но в перспективе мы надеемся, что все светильники поменяются, и это будут не точки, а именно пленки.

Основная проблема исследований и разработок в данной области — поиск материалов, которые имеют необходимые свойства. Это требует усилий как химиков, которые должны синтезировать эти материалы, так и физиков, которые должны из них сконструировать рабочее устройство.

К сожалению, полимерные светоизлучающие пленки имеют две проблемы. Первая — это низкая эффективность, а вторая — малое время жизни.

Органика имеет ограниченный «срок службы». Так, продукты портятся в течение нескольких дней, а пленки должны работать, по крайней мере, несколько лет. Поэтому борьба идет в двух направлениях: за увеличение стабильности и повышения эффективности.

Как же должно выглядеть органический светоизлучающее устройство? Классический пример — это светоизлучающий диод. У нас есть пленка с двумя электродами. Один инжектует в эту пленку один тип носителей заряда, например электроны, а второй электрод — дырки. Эти носители зарядов в пленке встречаются, после чего они рекомбинируют (уничтожаются), и во время этой рекомбинации выделяется энергия в виде кванта света. Таким образом электрическая энергия превращается в энергию света. Это классический тип устройства, выполненного на полупроводниковом диоде.

В последнее время появились новые подходы, которые позволяют сделать светоизлучающий транзистор. Транзистор — устройство с тремя электродами, что позволяет с помощью одного электрода управлять током, протекающим через транзистор. Оказывается, можно сделать транзистор, который бы и управлял током, и излучал одновременно. Эта концепция очень перспективна особенно для дисплеев, поскольку позволяет совместить в одном устройстве (транзисторе) функции управления и излучения. За счет этого такая концепция позволяет получить более эффективные дисплее, чем органические светодиоды. Подчеркнем, что в современных дисплеях каждый пиксель снабжен отдельным кремниевым транзистором.

Органические светоизлучающие транзисторы — перспективный подход для создания первого органического лазера с электрической накачкой — тонкой пленкой, которая излучала бы лазерное излучение при подаче на нее напряжения от батарейки.

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: