Uniwersytet Śląski w Katowicach

Technologia OLED i przyszłość organicznej elektroniki

|Weronika Cygan|

Realistyczne odwzorowanie barw, nieskazitelna czerń w połączeniu z wysokim kontrastem, a przy tym obraz o jak najwyższej rozdzielczości – to współczesne wymagania stawiane wyświetlaczom telewizorów czy smartfonów. Projektowaniem funkcjonalnych materiałów molekularnych i polimerowych, na których opierają się współczesne układy optoelektroniczne, zajmują się chemicy syntetycy. Zespół naukowców z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach współtworzony przez dr. Marka Matusska pracuje nad pewną grupą związków organicznych mogących znaleźć potencjalne zastosowanie w podzespołach optoelektronicznych wspomnianych urządzeń. Badania prowadzone są w ramach konkursu „Swoboda badań”, będącego częścią programu Inicjatywa Doskonałości Badawczej.

Smartwatch z UŚ?

Naukowcy z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ syntezują nowe, wydajne luminofory – w tym przypadku małocząsteczkowe związki organiczne wykazujące zjawisko elektroluminescencji (emisji światła pod wpływem przyłożonej z zewnątrz różnicy potencjału elektrycznego). Oparte na węglu materiały muszą przejawiać odpowiednie właściwości fizykochemiczne, by możliwe było wykorzystanie ich w szeroko pojętej technologii optoelektronicznej (smartfonach, telewizorach, smartwatchach).

Obecnie w laboratorium UŚ testowane są cztery nowe materiały molekularne oparte na strukturze naftalenoimidu zsyntezowane przez dr. Marka Matusska. Jak dotąd rezultaty pokrywają się z przewidywaniami, jednak testy preaplikacyjne mogą potrwać jeszcze około pół roku, zanim uda się określić w pełni potencjał komercyjny wspomnianych materiałów.

– To jest trochę jak budowanie zamku z klocków Lego. Z poszczególnych niewielkich elementów tworzymy coś o znacznie bardziej skomplikowanej strukturze – tłumaczy naukowiec. Podkreśla, że przejście od samej diody OLED do urządzenia jest procesem złożonym i wymaga mnóstwa dodatkowych działań, jak dobór odpowiedniej matrycy sterującej poszczególnymi pikselami, za sprawą których generowany jest obraz.

Możliwości OLED-ów

Czym jednak są diody OLED[1] i co sprawia, że w pewnym sensie stają się rękawicą rzuconą w twarz tradycyjnym LED-om[2]? Dr Marek Matussek nie ma wątpliwości, że OLED-y do LED-ów mają się jak Ferrari do malucha. – To kolosalna różnica – podkreśla. Według badacza perspektywy są obiecujące. – Jestem przekonany, że technologia OLED-owa wyprze oparte na nieorganicznych półprzewodnikach LED-y, nie wiemy tylko, jak szybko to nastąpi.

Najważniejszym atutem jest bezkonkurencyjna jakość emitowanego obrazu. To argument natury estetycznej – niezwykle ważnej z punktu widzenia konsumenta. Ekrany oparte na technologii OLED-owej są zdolne do wyświetlania doskonałej czerni emisyjnej, za sprawą której możliwe jest uzyskiwanie wręcz nieograniczonego kontrastu. Ponadto odwzorowanie barw jest zdecydowanie bardziej realistyczne. Godnymi podkreślenia zaletami ekranów „uzbrojonych” w technologię organicznych diod elektroluminescencyjnych są również: niemal zerowy spadek degradacji barw widzianych pod dużym kątem, zdecydowanie szybszy czas reakcji pozwalający na obniżenie efektu zmęczenia oczu oraz zachowanie ostrości dynamicznego obrazu przy wysokiej jasności ekranu.

Zdjęcie związków docelowych otrzymanych w ramach projektu Swoboda badań | archiwum prywatne dr. M. Matusska

Coraz powszechniejsza technologia

Choć w uszach niektórych osób słowo OLED nadal brzmi dość egzotycznie, dr Marek Matussek zapewnia, że technologia ta jest już powszechnie wykorzystywana na świecie. W telefonach komórkowych z wyższej półki cenowej standardem jest wyświetlacz OLED-owy. Smartwatche i smartbandy również takie posiadają. Naukowiec dodaje jednak, iż wciąż łatwiej wdrożyć tę technologię w przypadku wyświetlaczy o małych rozmiarach, stąd w przypadku telewizorów nadal trwa rywalizacja pomiędzy wyświetlaczami opartymi na półprzewodnikach nieorganicznych (LED) a wyświetlaczami opartymi na diodach organicznych (OLED).

Postęp wyraźny jest jednak i na tym polu, czego dowodem może być cena wielkocalowych telewizorów OLED-owych. Jeszcze dekadę temu nie schodziła poniżej 15 tys. zł. Dziś już da się je nabyć w cenie od 4 do 5 tys. zł. Choć nadal jest to znaczny wydatek – w porównaniu z tym, który wiąże się z zakupem produktów w technologii LED-owej – dysproporcja ta wraz z upływem czasu będzie się zmniejszać.

Komercyjny potencjał i współpraca laboratorium UŚ

Prace zespołu z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ skupiają się na projektowaniu, syntezie, a następnie wnikliwym badaniu organicznych materiałów molekularnych mogących znaleźć potencjalne zastosowanie w szeroko rozumianej organicznej elektronice, szczególnie w technologii diod SM-OLED. Obecnie wszechstronnym badaniom poddawane są cztery materiały luminescencyjne otrzymane przez dr. Marka Matusska. – Do tej pory osiągnęliśmy to, co w zasadzie najważniejsze, a rezultaty pokrywają się z przewidywaniami – zapewnia naukowiec.

Zainteresowanie zewnętrznych firm prowadzonymi badaniami jest ogromne. – Koncerny wykorzystujące technologię OLED śledzą doniesienia jednostek naukowych i badawczych, jak również współpracują z takimi jednostkami – dodaje badacz.

Bliskie powiązania łączą jednak nie tylko ośrodki badawcze z producentami urządzeń elektronicznych, lecz także poszczególne uczelnie i uniwersytety. Zespół z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ intensywnie współpracuje m.in. ze specjalistami z Politechniki Śląskiej czy Politechniki Warszawskiej. W ten sposób dochodzi do cennej wymiany doświadczeń. Dr Marek Matussek podsumowuje, że w nauce bezwzględna rywalizacja przyniosłaby mizerne efekty. Bardziej opłaca się współpracować i pracować wielotorowo.

[1] OLED – ang. Organic Light-Emitting Diode, czyli organiczna dioda elektroluminescencyjna, w której emiterem światła w warstwie aktywnej jest małocząsteczkowy (SM-OLED) lub polimerowy (P-OLED) związek organiczny.

[2] LED – ang. Light-Emitting Diode, czyli tradycyjna dioda elektroluminescencyjna, której budowa oparta jest na nieorganicznych materiałach półprzewodnikowych (w przeważającej części na krzemie lub germanie).