211service.com
Organiska lysdioder lyser osynligt
Forskare vid University of Southern California har designat en fosforescerande färgämnesmolekyl som avger nära-infrarött ljus och har använt den för att göra långvariga organiska ljusemitterande dioder (OLED).
Universal Display Corporations fosforescerande organiska LED-skärm kan byggas på ett flexibelt plastsubstrat. Företaget, som arbetar med forskare vid University of Southern California och Princeton University, har nu gjort nära-infraröda lysdioder och planerar att göra en nära-infraröd version av den flexibla displayen. Skärmen skulle vara osynlig för blotta ögat men synlig genom mörkerseendeglasögon för hemliga militära operationer.
Dioderna skulle kunna användas för att göra en billig och flexibel nära-infraröd (NIR) display som skulle vara oläsbar för blotta ögat men som kunde läsas med mörkerseende. En sådan display kan integreras i en soldatuniform eller en enhet som kan förvaras i en ficka, så att soldater kan läsa kommunikation på natten utan att bli upptäckt av fiendens krypskyttar.
Dessa organiska lysdioder kan också omvandlas till infraröda detektordioder som gör mörkerseende möjligt. Infraröda detektorer är i huvudsak motsatsen till lysdioder, som omvandlar ljus till en elektrisk ström. Varma föremål avger infraröd strålning, som har längre våglängder än nära-infraröd strålning och som också är osynlig för det mänskliga ögat. Precis som ljusdetektorerna i kameror känner av synligt ljus, upptäcker infraröda sensorer gjorda av oorganiska halvledare infrarött ljus i mörkerseendeglasögon och kameror som används av militär, polis, gränssäkerhetsagenter och brandmän. Men detektorer baserade på OLED skulle erbjuda en viktig fördel: eftersom de tunna organiska polymererna som utgör dessa dioder kan deponeras på en mängd olika substrat, inklusive böjbar plast, kan organiska IR-detektorer vara tillräckligt flexibla för att införlivas i ett hjälmvisir.
Flexibilitet är mycket fördelaktigt ... nästa generations skärmar kommer alla att vara på flexibla substrat, säger Mark Thompson , en kemiprofessor vid University of Southern California, som ledde forskningen. Organiska lysdioder är den avgörande tekniken för flexibla displayer, eftersom de är enkla och billiga att mönstra på böjbara underlag, säger han. De används redan i kamera- och mobiltelefonskärmar, och de har ett enormt löfte för framtida stora dator- och tv-skärmar.
Forskning inom organiska lysdioder har till stor del fokuserat på applikationer för synligt ljus; ingen har tidigare gjort en organisk LED som effektivt avger NIR-ljus. Thompson och hans kollegor vid Princeton University och Universal Display Corporation, ett företag baserat i Ewing, NJ, beskrev sin organiska LED online i tillämpad kemi den 9 januari.
Organiska lysdioder som avger osynliga NIR-våglängder skulle kunna användas för att göra skärmar som du inte vill att alla ska se. För hemliga militära tillämpningar kommer mörkerseendeskärmar att vara mycket viktiga, och dessa dioder skulle vara nyckeln till det, säger Ghassan Jabbour , en professor i optisk vetenskap vid University of Arizona i Tucson, som utvecklade de första NIR-emitterande organiska molekylerna.
Hemligheten med den nya lysdioden är en specialdesignad fosforescerande färgämnesmolekyl som forskarna använder i det emissionsskikt som är inklämt mellan enhetens två elektroder. Normalt innehåller organiska lysdioder ett emissionsskikt som är dopat med fluorescerande färgämnen. Elektroderna injicerar negativa elektroner och positiva hål i lagret, där de laddade partiklarna kombineras och exciterar färgämnesmolekylerna. När molekylerna återgår till sitt oexciterade tillstånd avger de fotoner. De nya fosforescerande molekylerna avger mycket effektivt i NIR-regionen. De avger också ljus under en längre tid än fluorescerande färgämnen, vilket ökar enhetens livslängd – en traditionell svag punkt för organiska material.
Enheten sänder ut vid våglängder nära 800 nanometer, vilket är precis vid gränsen av det synliga och nära-infraröda spektrumet, och har en effektivitet på mer än sex procent, vilket är minst 60 gånger den för andra NIR-emitterande enheter som rapporteras i det förflutna. Just nu går den i 1 000 timmar med maximal ljusstyrka. Men vid de lägre ljusstyrkan som krävs i skärmar pratar vi om minst en miljon timmar, säger Thompson. Som jämförelse har röda eller gröna organiska lysdioder en livslängd på 100 000 timmar, säger han.
Gareth Redmond , som studerar organiska fotodetektorer i nanoskala vid Tyndall National Institute i Cork, Irland, kallar arbetet ett genombrott mot NIR-emission i organiskt material. Redmond säger att den nya organiska lysdioden visar riktigt bra prestanda när det gäller effektivitet och livslängd som inte har uppnåtts tidigare.
Thompson och hans kollegor planerar att göra andra fosforescerande färgämneskomplex som avger ljus vid våglängder längre än 800 nanometer, och trycker djupare in i IR-regionen. Sedan, säger Thompson, skulle det vara möjligt att vända den organiska lysdioden och omvandla den till en organisk IR-detektor för ett mörkerseende hjälmvisir. Detta skulle kräva modifiering av enhetens struktur eller justering av de organiska materialen, men han säger att omvandlingen skulle vara enkel eftersom lysdioder och fotodetektorer är kusiner med i huvudsak samma diodstruktur men omvända funktioner - en lysdiod omvandlar elektrisk ström till ljus medan en detektor gör motsatsen .
Men det är för tidigt att säga när en sådan organisk IR-detektor skulle vara tillgänglig. Det handlar inte bara om att juryn fortfarande är ute, säger han; juryn har inte ens bildats.