211service.com
Ny elektronik, billigare OLED-TV
Organiska lysdioder (OLED)-skärmar är energieffektiva och skarpa, men höga tillverkningskostnader har hindrat dem från att vara lika allmänt tillgängliga som LCD-skärmar, särskilt i större enheter som TV-apparater. En ny typ av OLED-elektronik kan hjälpa till att sänka tillverkningskostnaderna och göra tekniken mycket mer allmänt tillgänglig.
Transistor test: Glasskivorna i den här bilden är mönstrade med transistorer designade för att driva OLED-skärmar. Metallsonderna och trådarna används för att testa deras prestanda.
Det finns ingen bra lösning för att göra OLED-elektronik som kan skalas upp billigt, säger Andrew Rinzler , professor i fysik vid University of Florida. Rinzler ledde arbetet med att utveckla en typ av elektronik för OLED som han hoppas ska ge en sådan lösning. Arbetet finansierades delvis av riskkapitalbolaget Nano Holdings .
Pixlarna i OLED-skärmar använder transistorer för att stimulera organiska molekyler, som sedan avger olika färger av ljus. OLED-skärmar behöver inte de ljusslösande filtren som gör LCD-skärmar till sådana energisvin. Men LCD-skärmar dominerar marknaden till stor del eftersom de amorfa kiseltransistormatriserna som används för att driva LCD-skärmar kan göras över ytor så stora som en garageport för en bil och sedan skivas i mindre bitar för att göra skärmar för TV-apparater och andra enheter. Tillverkning i denna skala hjälper till att hålla kostnaderna nere.
OLED-bildskärmstillverkare kan inte använda samma elektronik eftersom att byta pixlar i en OLED kräver relativt höga strömmar som snabbt bränner ut amorfa kiseltransistorer. Istället är dagens OLED-skärmar byggda på dyrare transistormatriser av polykristallin kisel. Den största OLED-skärmen på marknaden (i Europa, men ännu inte tillgänglig i USA) är en 15-tumsmodell tillverkad av LG. Den säljs för drygt 2 300 dollar; samma storlek LCD-TV kostar under $200.
Mindre dyr OLED-elektronik skulle i teorin kunna tillverkas genom att använda organiska material för såväl elektroniken som pixlarna. Transistorer tillverkade av organiska halvledare ger de höga strömmar som behövs för att driva OLED-pixlar. Men elektroner rör sig långsamt genom konventionella organiska transistorer, vilket resulterar i en skärm som inte uppdaterar bilden tillräckligt snabbt. För att snabba upp dessa transistorer har ingenjörer ändrat designen och krympt komponenterna för att bringa käll- och dräneringselektroderna närmare varandra och göra kanalen mindre. Detta gör enheten snabbare eftersom elektronerna inte behöver resa så långt genom det organiska materialet som utgör kanalen, som inte kan leda elektronerna särskilt snabbt. Men att tillverka sådana högupplösta enheter kräver dyra litografitekniker.
En billigare metod, utvecklad av Rinzler och kollegor, är att föra käll- och drainelektroderna i en transistor närmare varandra genom att stapla komponenter ovanpå varandra istället för sida vid sida. Rinzlers grupp, inklusive doktorander Mitchell McCarthy och Bo Liu, tillverkade dessa transistorer genom att deponera en film av aluminium på ett glassubstrat för att fungera som grindelektrod, och sedan oxidera den för att skapa ett tunt isolerande lager ovanpå. Därefter deponerade forskarna ett ultratunt, utspätt lager av kolnanorör för att fungera som en källelektrod, följt av ett lager av organiskt material för att fungera som kanalen och slutligen ett översta lager av guld som en dräneringselektrod. Var och en av dessa filmer är mycket tunna, vilket möjliggör bra prestanda utan behov av högupplösta litografitekniker, säger Rinzler.
Rinzlers nya elektroniska enheter, som beskrivs online i tidskriften Nanobokstäver , fungerar också med en tiondel av spänningen för konventionell OLED-elektronik, vilket sparar ström. Forskarna i Florida har ännu inte gjort stora OLED-skärmar som drivs av vertikala transistormatriser, men Rinzler säger att transistorerna fungerar med lämplig ström och spänning för att göra det. Medan forskarna hittills har tillverkat dessa arrayer på glas, är teknikerna som används för att göra dem kompatibla med flexibla substrat och kan användas för att göra flexibla OLED-skärmar.
Den vertikala elektroniska strukturen föreslogs först 1994 av För att kontakta Yang , professor i materialvetenskap och teknik vid University of California, Los Angeles, och Alan Heeger , professor i materialvetenskap och teknik vid University of California, Santa Barbara. Heeger delade 2000 Nobelpriset i kemi för upptäckt och utveckling av ledande polymerer som de som används i den nya enheten. I mitten av 1990-talet började Yang och Heeger utveckla dessa enheter genom ett företag som heter UNIAX som senare förvärvades av DuPont. När de två gjorde sitt ursprungliga arbete var prestandan för det tillgängliga materialet inte så bra som det är idag.
Kolnanorör var inte tillgängliga 1994, säger Yang. I Rinzlers enhet, säger han, tillåter det tunna nanorörsskiktet väldigt lite strömläckage, ett problem som dränerade ström från tidigare konstruktioner. Florida-enheterna växlar också mycket snabbare än vad som var möjligt tidigare. De gjorde ett utmärkt jobb med att få enheten att fungera mycket bättre. Jag är säker på att detta papper kommer att ha en viktig inverkan på organisk elektronik, säger han.
Rinzler arbetar nu med att förenkla OLED-skärmarkitekturen i hopp om att ytterligare minska tillverkningskostnaderna och komplexiteten. Istället för att bygga en ljusemitterande pixel bredvid transistorer vill Rinzler bygga organiska transistorer med låg effekt som själva avger ljus. Hans grupp har visat att det är möjligt att göra ljusemitterande organiska transistorer om de aktiva materialen är elektroluminiscerande, men dessa transistorer fungerar bara vid höga spänningar, vilket gör dem opraktiska. Rinzler tror att den vertikala, nanorörselektrodbaserade arkitekturen avsevärt skulle kunna förbättra effektiviteten hos dessa enheter.