新しい LED 技術により、携帯電話の画面が柔軟になる可能性がある

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投稿日: 2023 年 7 月 31 日2023 年 7 月 31 日 投稿者: Melisa Yashinski

テレビ、ラップトップ、スマートフォンなど、今日のスクリーンの多くは、有機発光ダイオード (略して OLED) と呼ばれる素材に依存しています。 OLED ベースのスクリーンは、薄くて軽量であること、そしてより深く暗い黒を表示することで知られています。 ただし、これらのスクリーンはガラスのように硬くてもろいです。 これらのスクリーンが皮膚のような柔らかさで、手首に巻き付けたり、完全に半分に折りたたんだりできる機能を備えて構築できたらどうでしょうか?

これまで科学者たちは、OLED ディスプレイに柔軟性を与えるために新しい画面設計を設計してきました。 しかし、これらの試みは、解像度と画質の低下、および曲げ性の制限につながりました。 他の科学者は、蛍光体などの代替発光材料を使用して伸縮性スクリーンの設計に成功しました。 ただし、これらの材料は、OLED材料よりも輝度が低く、電力効率が低いなどの劣った特性を持っています。

最近、中国と米国の科学者らが既存のOLED材料の分子設計を変更し、発光能力を維持しながらより柔軟性を高めた。 彼らは、熱から吸収されたエネルギーを使用して電子を励起して別のエネルギー状態にし、光を放出するタイプの OLED に焦点を当てました。 このタイプのスクリーンは、熱活性化遅延蛍光 (TADF) エミッターと呼ばれます。 他の OLED テクノロジーとは異なり、TADF エミッターは重金属に依存していないため、ウェアラブルなどの人間が統合するアプリケーションにとって安全です。

ほとんどの TADF エミッタは、小さくて柔軟性のない分子でできています。 最近の研究では、科学者たちはポリマーと呼ばれる分子の長い鎖から TADF エミッターを開発しましたが、これも伸縮性がありませんでした。 材料に伸縮性を加えるために、これらの科学者は、TADF ポリマー単位の間に、アルキル鎖と呼ばれる炭素原子と水素原子からなる柔らかい分子を追加しました。 彼らの目標は、発光特性を犠牲にすることなく柔軟性を与えるために追加できる最長のアルキル鎖を決定することでした。 彼らは、炭素原子数 1、3、6、10 のアルキル鎖長を持つ 4 つの TADF ポリマーを合成しました。 彼らはまた、比較のために典型的な小分子 TADF エミッターも合成しました。

まず科学者たちは、アルキル鎖の追加がその性能に影響を与えるかどうかを知るために、各エミッターの発光特性をテストしました。 彼らは、5 つのデバイスすべてが緑色の光を正常に発し、その強度の変化はわずかであることを観察しました。 次に、電子エネルギー状態の違い、つまり TADF プロセスで電子を励起するために必要な熱エネルギーの量に相当する値を測定したところ、すべてのエミッターでほぼ同じであることがわかりました。 彼らは、その結果を、TADF デバイスにソフト アルキル鎖を追加しても発光能力に影響を及ぼさないことを示していると解釈しました。

次に科学者たちは、各エミッターを長さが 2 倍になるまで引き伸ばし、亀裂の形成と発光の変化を観察しました。 彼らは、より長いアルキル鎖を備えたデバイスは亀裂が少なく、より短く、つまり伸びによる損傷が少ないことを観察しました。 彼らは、テストした最長のアルキル鎖である炭素数 10 のアルキル鎖を持つ TADF ポリマーが、エミッターを元のサイズの 2 倍に伸ばした場合でも、亀裂が入ることなく完全に無傷のままであることに注目しました。 彼らはまた、より短いアルキル鎖で作られたサンプルからよりも、その TADF ポリマーの伸長バージョンから放出される光の方が多いことを測定しました。 彼らは、これはおそらくこれらのエミッタに形成された亀裂によるものであり、それによって電気的接触が劣化し、電子のエネルギー状態の変化が妨げられる可能性があると説明した。

次に科学者らは、炭素数 10 のアルキル鎖を持つ TADF ポリマーを伸縮性 OLED デバイスに組み込みました。 典型的な OLED デバイスでは、有機発光材料は電極と呼ばれる 2 つの導電層の間に挟まれており、これらの層の間に電気が流れることができます。 科学者らは、シリコーンに似た柔軟なポリマーに銀ナノワイヤーを加えることにより、新しい伸縮可能な透明電極を設計した。 次に、これら 2 つの柔軟な電極の間に TADF ポリマーを挟みました。 彼らは、結果として得られた OLED デバイスの電源をオンにするのに低電圧が必要であり、市販のバッテリーで電力を供給できることを発見しました。