مطالعه‌ای که آینده تلویزیون‌ها و موبایل‌های هوشمند را تغییر می‌دهد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، برای افزایش طول عمر دستگاه و کارایی OLED ها، درک رفتار بار الکتریکی در رابط‌های مختلف در داخل بسیار مهم است. پروفسور تاکایوکی میامای و تیمش از دانشگاه چیبا از روش طیف‌سنجی تولید جمع فرکانس الکترونیکی برای درک رفتار شارژ و ساختار ارتعاشی در رابط‌های مختلف درون دستگاه‌های OLED استفاده کردند.
دانشمندان از طیف‌سنجی تولید مجموع فرکانس الکترونیکی برای بررسی مکانیسم‌های انتقال بار در دیود‌های ساطع کننده نور آلی استفاده می‌کنند.
دستگاه‌های نمایشگر تمام رنگی با وضوح بالا، مانند گوشی‌های هوشمند تاشو و تلویزیون‌های فوق نازک، به دیود‌های ساطع نور ارگانیک (OLED) متکی هستند. در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایشگر، OLED مزایای متمایزی از جمله انعطاف‌پذیری، خودنور، ساخت سبک وزن، پروفایل‌های بسیار نازک، نسبت کنتراست بالا و عملکرد ولتاژ پایین را ارائه می‌کنند. این ویژگی‌ها در سال‌های اخیر OLEDها را به طور فزاینده‌ای جذاب کرده است.
یک OLED شامل چندین لایه از لایه‌های آلی فوق نازک است که بین دو الکترود قرار گرفته‌اند. هر لایه نقش خاصی را در عملکرد دستگاه ایفا می‌کند. هنگامی که ولتاژ اعمال می‌شود، بار‌های الکتریکی جمع می‌شوند و نور ساطع می‌شود، اغلب در فصل مشترک بین این لایه‌های آلی. در حالی که ساختار چند لایه امکان کنترل دقیق انباشت بار، انتقال بار و تولید نور را فراهم می‌کند، فرآیند‌هایی که عملکرد OLED را فعال می‌کنند نیز می‌توانند لایه‌های ارگانیک را در طول زمان تخریب کنند. این کاهش طول عمر و کارایی دستگاه‌های OLED را محدود می‌کند.
درک چگونگی رفتار ساختار الکترونیکی در این رابط‌ها در طول عملیات یک چالش مهم است. برای مقابله با این موضوع، پروفسور تاکایوکی میامای به همراه آقای تاتسویا کابوراگی و دکتر کازونوری موریموتو از دانشگاه چیبا در ژاپن، از یک روش طیف‌سنجی غیرخطی درجه دوم به نام تولید مجموع فرکانس (SFG) استفاده کردند. این تکنیک آنها را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های ارتعاشی و الکترونیکی رابط‌های OLEDهای عامل را بررسی کنند و بینش‌های جدیدی در مورد رفتار آنها در شرایط دنیای واقعی ارائه دهند.
هنگامی که ولتاژ به یک سیستم OLED اعمال می‌شود، نور از طریق ترکیب مجدد بار‌ها در رابط‌های آلی ساطع می‌شود. این امر خروجی SFG را تغییر می‌دهد و به محققان این امکان را می‌دهد تا بررسی کنند که چگونه بار جمع می‌شود و چه تغییرات ساختاری الکترونیکی در رابط‌ها در شرایط عملیاتی مختلف رخ می‌دهد. این تکنیک طیف‌سنجی نوآورانه و غیرمخرب برای مطالعه رفتار بار در داخل OLED توسط تیم در ۱۰ مارس ۲۰۲۵ به صورت آنلاین در مجله معتبر Materials Chemistry C منتشر شد.
مطالعه رفتار شارژ با طیف‌سنجی ESFG
در این مطالعه از سه OLED چند لایه مختلف با انواع مختلف و ترکیبی از لایه‌های ارگانیک استفاده شد. طیف‌سنجی الکترونیکی SFG (ESFG) روی سه دستگاه OLED برای بررسی تغییرات طیفی ناشی از رفتار شارژ و ساختار الکترونیکی در رابط‌ها انجام شد. پروفسور Miyamae در مورد مطالعه تیم توضیح می‌دهد: "ما تفاوت در شدت میدان الکتریکی در داخل دستگاه‌های OLED را بر اساس وابستگی به ولتاژ اعمال شده طیف ESFG بررسی کردیم. این موضوع نقش تفاوت‌های قدرت میدان را که بر سهولت جریان بار داخلی و ویژگی‌های انتشار نور تاثیر می‌گذارد برای اولین بار روشن می‌کند. "
باند‌های طیفی ESFG مربوط به هر لایه آلی با مقایسه طیف جذبی و پیکربندی لایه در بین سه دستگاه OLED شناسایی شدند. محققان در هنگام اعمال ولتاژ به دستگاه‌های OLED، تغییراتی را در شدت سیگنال‌های طیفی مشاهده کردند که مربوط به تغییرات میدان الکتریکی و رفتار بار در داخل OLEDها بود.
پس از اعمال ولتاژ، شدت سیگنال طیفی در باند جذب مواد حمل و نقل سوراخ (حامل بار مثبت در داخل OLED) افزایش یافت و شدت سیگنال در باند جذب لایه ساطع کننده نور کاهش یافت. این نشان می‌دهد که جریان بار داخلی در لایه‌های ارگانیک درون OLEDها متفاوت است و منجر به تغییرات در طیف می‌شود.
تأثیر انتخاب ماده بر انتشار نور
این تیم همچنین ولتاژ‌های پالس موج مربعی را بر روی این دستگاه‌ها اعمال کردند تا بررسی کنند که چگونه میدان‌های الکتریکی در این دستگاه‌ها با زمان متفاوت است. آنها دریافتند که افزودن BAlq (ماده‌ای که برای انتقال الکترون در OLED استفاده می‌شود) موقعیت تابش نور در OLEDها را تغییر می‌دهد. این تغییر در انتشار هم بر رنگ و شکل نور ساطع شده و هم اینکه دستگاه چگونه برق را به نور تبدیل می‌کند تأثیر می‌گذارد.
پروفسور Miyamae در مورد این کار تحقیقاتی نوآورانه خاطرنشان می‌کند: "تکنیک ESFG یک رویکرد طیف سنجی جدید، بسیار موثر، غیر مخرب و غیر تهاجمی برای بررسی تولید میدان الکتریکی ناشی از بار‌های تزریقی در دستگاه‌های لایه نازک حالت جامد را نشان می‌دهد. "
با استفاده از این تکنیک، دانشمندان مواد اکنون می‌توانند OLEDهایی با طول عمر دستگاه بهبود یافته، بهره وری انرژی و کاهش هزینه طراحی کنند و در نهایت استفاده از دستگاه‌های آلی فوق نازک را در زندگی روزمره ما افزایش دهند. پروفسور Miyamae می‌افزاید: «به‌علاوه، این تحقیق می‌تواند تحقیقات توسعه مواد را که اکنون فرآیند‌های آزمون و خطا و دوره‌های طولانی تأیید تخریب را برای ارزیابی کارایی و طول عمر دستگاه انجام می‌دهد، تا حد زیادی کوتاه و منطقی کند».
مرجع: "کاوشگر رفتار بار در دیود‌های ساطع نور آلی چند لایه از طریق طیف‌سنجی تولید مجموع فرکانس الکترونیکی" توسط Tatsuya Kaburagi، Kazunori Morimoto و Takayuki Miyamae، ۱۰ مارس ۲۰۲۵، Journal of Materials Chemistry C.
DOI: ۱۰.۱۰۳۹/D۴TC۰۴۹۷۰E