新しい伸縮性 OLED は輝度の 90% 以上を維持し、モバイルおよびウェアラブル技術を進歩させます

アンドリュー・コルセリ

ドレクセル大学とソウル国立大学の研究者は、モバイル技術のディスプレイを改善し、ウェアラブル技術を可能にする有機発光ダイオード (OLED) を開発しました。 (画像:ドレクセル大学)

フレキシブルな携帯電話、曲面モニター、テレビの背後にある有機発光ダイオード (OLED) テクノロジーは、いつの日か、温度、血流、圧力の変化をリアルタイムで示す皮膚表面センサーの製造に使用される可能性があります。韓国のソウル国立大学 (SNU) とドレクセル大学の研究者が主導する国際共同研究により、この用途やさまざまな新しい用途に向けて技術を軌道に乗せることができる、柔軟で伸縮性のある OLED が開発されました。

Nature で最近報告されました 彼らの研究は、柔軟な燐光ポリマー層と MXene ナノマテリアルで作られた透明電極を統合することで、既存の技術を改良しています。その結果、発光の大部分を維持しながら、元のサイズの 1.6 倍まで引き伸ばすことができる OLED が誕生しました。

「この研究は、フレキシブル OLED 技術における長年の課題、つまり、繰り返し機械的に屈曲した後の発光の耐久性に取り組むものです」と、著名な大学であり、ドレクセル大学工学部のバッハ教授であるユーリー・ゴゴツィ博士は述べています。 「フレキシブル発光ダイオードの開発は大幅に進歩してきましたが、透明導体層によって導入された制限により伸縮性が制限されたため、ここ 10 年間の進歩は頭打ちになってしまいました。」

こちらは独占的な技術ブリーフです。 ゴゴツィとのインタビュー。長さと明瞭さのために編集されました。

技術概要 :エキシプレックス支援燐光 (ExciPh) 層の開発中に直面した最大の技術的課題は何ですか?

ゴゴツィ :ExciPh レイヤーは、ソウル国立大学で Tae-Woo Lee 教授と彼の元博士号によって開発されました。学生の周華宇さん（現在ジョージア工科大学の博士研究員）。 Huanyu 氏のコメントは次のとおりです。 「私たちは自問しました。なぜリジッド OLED の最先端の物理学、特に励起子支援燐光を伸縮可能なフォーマットに適用できないのでしょうか? Exciplex ホストは、燐光ドーパントへの効率的な長距離エネルギー移動を可能にし、エネルギー損失を最小限に抑えるため、優れています。しかし、これを伸縮可能なシステムに変換することは、言うは易く行うは難しでした。ほとんどの高性能励起錯体ホストは小さな分子であり、伸長すると結晶化して亀裂が生じます。分子が引き離された場合でも、電子的な「ハンドシェイク」を維持するシステムが必要でした。私たちの研究における極めて重要な転機は、伸縮性励起錯体支援燐光 (ExciPh) システムの開発でした。本質的に伸縮性のあるエラストマーと特定の有機分子を慎重にブレンドすることで、200% の歪み下でもひび割れすることなく安定したフィルム形態を維持する発光層を作成しました。」

技術概要 :仕組みを簡単に説明してもらえますか?

ゴゴツィ :ExciPh システムの美しさは、エラストマー耐性のあるトリプレットのリサイクル メカニズムにあります。一般的な伸縮性 OLED では、ポリマーの非共役性により、非放射減衰による励起子の損失が発生します。励起錯体ホストをブリッジとして使用することにより、これらの三重項をリサイクルし、それらを燐光ドーパントに直接転送することができます。この戦略は伸縮性素材の限界を克服し、完全に伸縮性のあるディスプレイで 17% を超える外部量子効率 (EQE) を達成することを可能にします。

詳細については、自然研究コミュニティに関する記事「論文の裏側:ウェアラブル ディスプレイの将来に向けた効率の壁の突破」をご覧ください。 ページ .

技術概要 :今後の研究や仕事などについて、何か決まった計画はありますか?そうでない場合、次のステップは何ですか?

ゴゴツィ :完全な発光層があっても、デバイスの良さは電極の良さによって決まります。高効率を達成するには、電荷を効果的に注入しながら、繰り返しの伸張下でも導電性と安定性を維持する電極が必要です。ここでMXeneが非常にうまく機能しました。 Tae-Woo Lee のグループとの以前の出版物では、ドレクセル大学で発見された 2D 材料である Ti3C2Tx MXene が、従来の OLED、ディスプレイ、太陽電池で使用されている脆いインジウム錫酸化物に代わる透明な導電性電極を生成できることを示しました。

MXene は、調整可能な高い仕事関数により、柔軟性と輝度の向上を実現しました。ただし、伸縮性を高めるために、フィルムが 200% 伸びても電気接続を維持できる銀ナノワイヤーを追加しました。このアプローチは、太陽電池、ディスプレイ、センサー、表皮電子機器など、他の柔軟で伸縮性のあるデバイスの作成にも使用できることに言及することが重要です。将来のディスプレイやその他のデバイスは、ウェアラブルで柔軟性があり、伸縮性のあるものになる可能性があります。

ソウル大学チームはまた、完全に伸縮可能な OLED の EQE 17.0 パーセントの壁を超えることは出発点にすぎないと考えています。この研究は、硬いエレクトロニクスと伸縮可能なエレクトロニクスの間の「効率の差」は自然法則ではなく、解決可能な工学的な課題であることを示しています。 Lee 教授のグループは、この方向への取り組みを継続していきます。

技術概要 :私が触れなかった他に何か追加したいことはありますか?

ゴゴツィ :MXenes は、化学的および構造的に多様な 2D 遷移金属炭化物、窒化物、および炭窒化物のファミリーであり、前例のない多様な組成と構造を提供します。化学的に調整可能な表面は MXene に固有のものであり、表面終端を追加すると、1,000 を超える化学量論組成が得られます。 M サイトと X サイト上の可能な混合終端と固溶体 (最大 9 種類の遷移金属を含む高エントロピー 2D 構造を含む数十件がすでに報告されている) を組み合わせると、その順列は無限大です。この化学的および構造的豊富さにより、幅広い用途にわたって前例のない特性調整が可能になります。特定の MXene 組成物の電気伝導度は、その表面終端または形態を変えることによって、金属から半導体、さらには超伝導まで調整できます。したがって、これらの材料は、これまで不可能だった技術を可能にする可能性があります。伸縮性エレクトロニクスは一例にすぎません。

技術概要 :アイデアの実現を目指す研究者に何かアドバイスはありますか?

ゴゴツィ :自分を信じて、決して諦めないでください!