OLED: i ricercatori cinesi ottengono il +25% di luminosità grazie alla superficie corrugata

Molti gruppi di ricerca sono al lavoro per elevare l'efficienza e la luminosità degli OLED, tecnologia che è sempre più utilizzata in molti campi e che troviamo su diversi dei dispositivi di uso quotidiano che ci circondano. Se da un lato questo tipo di dispositivi mostra un'efficienza quantica interna molto elevata, ossia la capacità di convertire in fotoni l'energia elettrica applicata, diversi fenomeni inficiano l'efficienza complessiva, visto che molti fotoni restano 'intrappolati' all'interno dei materiali che compongono la struttura dei diodi a base organica.

In alcuni casi si tratta di rendere maggiormente permeabili ai fotoni alcuni strati, come l'elettrodo trasparente in ITO (ossido di indio-stagno), in altri di sopprimere l'effeto guida d'onda, per cui una parte dei fotoni emessi resta intrappolata in uno degli strati per fenomeni di rifrazione (fenomeno sfruttato nelle fibre ottiche). Nei due casi sopra citati si tratta di fenomeni legati alle caratteristiche della radiazione elettromagnetica nello spettro del visibile, ma ci sono anche altri fenomeni più complessi.

Uno di essi è la creazione sulla superficie di polaritoni plasmonici di superficie - Surface plasmon polaritons (SPP) -, quanti radiazione elettromagnetica che si propagano sulla superficie nell'interfaccia metallo-dielettrico o metallo-aria. Gli SPP possono essere creati sia dall'interazione di un elettrone, sia da quella di un fotone. Nel nostro caso sono i fotoni emessi dal diodo a base organica OLED a creare gli SPP, portando quindi a un ri-assorbimento degli stessi, la cui energia viene poi dissipata e non si traduce in emissione luminosa.

Un gruppo di ricercatori cinesi della Jilin Univeristy di Changchun ha ora trovato un'interessante via per alzare l'efficienza degli OLED mitigando il problema dei polaritoni plasmonici di superficie. Un fenomeno già noto è quello per cui la presenza di una superficie corrugata in modo periodico porta a fenomeni di risonanza degli SPP, che permettono di riemettere i fotoni assorbiti per la loro creazione. Il problema è che fino a ora era necessario trovare la giusta spaziatura tra le corrugazioni superficiali per ogni lunghezza d'onda, rendendo così difficile il trasferimento della tecnologia in applicazioni commerciali.

Il gruppo di ricercatori cinesi ha però scoperto che è possibile sfruttare corrugazioni a passo fisso e modificare poi le caratteristiche di risonanza (e quindi lo spettro di frequenze in cui la metodologia è efficace) lavorando sulla composizione dell'elettrodo Ag-Al Argento-Alluminio. In particolare utilizzando un passo tra le corrugazioni di 290 nanometri e modificando il tasso di deposizione dei due elementi tra i valori di 0.16 nm/s e 0.016 nm/s è stato possibile ottimizzare l'estrazione dei fotoni per la lunghezza d'onda dei 564 nanometri.

I ricercatori hanno poi confrontato i risultati con quelli di un dispositivo OLED con pari caratteristiche, ma prodotto con una superficie planare e priva di corrugazioni, registrando un effettivo miglioramento delle prestazioni. In particolare la luminanza e l'efficienza sono aumentate, rispettivamente, del 25% e del 21%.