17 feb. 1999
3 minuten
Een probleem bij de ontwikkeling van efficiëntere organische ledlampen en -displays is dat een groot deel van het licht in één richting wordt gepolariseerd en aldus ‘gevangen’ blijft in de led. Fysici van de University of Utah denken het probleem te hebben opgelost door het maken van een nieuwe organische molecule in de vorm van rotelle – een Italiaanse pastasoort die lijkt op wieltjes met spaken. Dit in tegenstelling tot de nu gebruikelijke spaghettivorm.
De rotelle-vormige molecule – de onderzoekers spreken over de pi-conjugated spoked-wheel macrocycle – gedraagt zich als het tegenovergestelde van een polariserende zonnebril, die reflecties wegneemt van water of andere oppervlakken en alleen direct zonlicht doorlaat naar het oog.
De fysici in Salt lake Cty toonden aan dat de wielvormige moleculen licht in willekeurige richtingen uitstralen en dat is nodig voor efficiëntere oled’s. De oled’s die nu worden gebruikt in sommige smartphones en TV’s heben spaghettivormige moleculen die alleen gepolariseerd licht uitstralen.
"We hebben perfect symmetrische moleculen gemaakt", zegt teamleider John Lupton, "en die maken het licht dat ze generen perfect willekeurig". Hij benadrukt dat het nog maar om fundamenteel onderzoek gaan en dat oled’s met rotelle-moleculen er nog lang niet zijn.
"Oled’s in smart phones zijn een succes omdat zij iets efficiënter zijn dan de conventionele LC-displays als in de iPhone. Dat betekent dat de batterij langer meegaat. Samsung heeft al flexibele full-colr oled-displays gedemonstreerd voor toekomstige oprolbare smart phones."
De grote rotelle-vormige moleculen kunnen ook andere moleculen ‘vangen’ en zo dienen als effectieve biologische sensoren; verder kunnen ze ook nog worden toegepast in zonnecellen en schakelaar, aldus Lupton.
.
Gevangen licht bevrijden
Waar conventionele led’s werken met silicium halfgeleiders, zijn oled’s gemaakt van geconjugeerde polymeren, plasticachtige organische halfgeleiders die bestaan uit ketens moleculen. "Geconjugeerde moleculen zijn een vreselijk zooitje", vindt Lupton. "Er worden nu uitsluitend middelmatige oled’s geproduceerd, hoewel vaak het tegenovergestelde wordt beweerd."
Zo vindt bijvoorbeeld driekwart van het licht zich in een toestand die normaliter niet toegankelijk is. Ook daaraan wordt op de univeriteit van Utah gewerkt. Lupton zegt dat hij aan een andere onderwerp werkt, dat nog bestaat als het vorige probleem is opgelost: de polarisatie van het licht in geconjugeerde polymeren, die leidt tot het vasthouden – oftewel het verlies van 80% van het gegenereerde licht."
"Omdat polymeren lange moleculen zijn kunnen elektronen zich maar in één richting verplaatsen, en dat genereert de lichtgolven", zegt Lupton. "Omdat die lichtgolven maar in een richting oscilleren kan het licht gevangen blijven in de oled, een beetje zoals in een optische vezel."
"De rotelle – of met een technische naam oligomeren – zijn feitelijk opgevouwen polymeren. Ze hebben allemaal dezelfde vorm, maar omdat ze rond zijn stralen ze geen gepolariseerd licht uit. Ze generen golven die trillen in alle richtingen. Het licht heeft geen vaste polarisatie dus het kan er altijd uit."
Elke wiel-molecule is zes nanometer breed, wat relatief groot is voor een molecuul. "Met de oligomeren zouden we in principe het rendement moeten kunnen verdubbelen", denkt Lupton, "maar dat zal nog moeten worden bewezen. Er zal altijd wat licht inde oled blijven zitten. Het verlies is nu 80% en dat moeten we zeker kunnen terugbrengen tot 50 of 60%."
John Lupton is hoogleraar fysica en astronomie aan de University of Utah en eveneens aan de universiteit van Rgensburg in Duitsland. Hij deed zijn onderzoek met natuurkundestudent Alexander Thiessen in Utah, Sigurd Höger, Vikas Aggarwal, Alissa Idelson, Daniel Kalle en Stefan-S. Jester van de universiteit van Bonn en Dominik Würsch, Thomas Stangl, Florian Steiner en Jan Vogelsang van de universiteit van Regensburg. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Chemistry.
Anderen lazen ook
