Progetto BMBF NEMO: Ricerca di nuovi materiali OLED condotta con successo sotto la guida di Merck

Dopo tre anni di intensa ricerca nel campo dei nuovi materiali processabili in forma solubile per OLEDs (Diodi Organici Emittenti Luce), Merck, insieme a dieci altri partner provenienti dall'industria e dalle università, ha concluso con successo il progetto finanziato dal Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF) "Nuovi materiali per OLEDs da soluzione" (NEMO). I materiali appena sviluppati possono ora essere integrati in dispositivi OLED di grandi dimensioni per, ad esempio, televisori, display illuminati e illuminazione per oggetti o ambienti. Sono particolarmente adatti per processi di stampa, che grazie alla loro elevata resa del materiale rispetto ai tradizionali processi di produzione con materiali evaporati, consentono una produzione di OLED più economica. Il budget totale del progetto ammontava a 29 milioni di euro. Merck ha guidato il consorzio composto da undici partner.

Merck ha sviluppato e testato in questo progetto nuovi materiali fosforescenti per applicazioni rosse, verdi e blu. Ad esempio, la durata stimata alla metà dell'intensità iniziale (= durabilità in uso) dei materiali verdi a tripletto è stata aumentata da 10.000 ore a oltre 200.000 ore, con un contemporaneo aumento dell'efficienza di questi materiali da 30 cd/A a oltre 70 cd/A (Candela/Ampere) a una luminosità di 1000 cd/m².

"Il successo del progetto rappresenta un grande e importante passo avanti per i sistemi di materiali stampabili con dati di prestazione molto buoni", afferma il dott. Udo Heider, responsabile del settore OLED presso Merck. "In questo modo, offriamo ai nostri clienti processi di produzione economicamente efficienti, che grazie alle basse perdite di materiale in produzione sono anche benefici per l'ambiente."

L'ambito del progetto spaziava dai materiali emettitori di luce, processati da soluzione, ai materiali trasportatori di carica, fino a nuovi adesivi per una sigillatura affidabile di ogni dispositivo OLED. Sono state inoltre condotte indagini fisiche sui materiali e sui dispositivi OLED, che consentono una comprensione più approfondita per lo sviluppo futuro dei materiali.

Oltre a Merck, nel progetto erano coinvolte le seguenti aziende e istituti: Università Humboldt di Berlino, Delo Industrie Klebstoffe, Enthone GmbH, Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP, Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG, Università di Potsdam, Università di Regensburg e Università di Tübingen.

Università Humboldt di Berlino
All'Università Humboldt di Berlino sono stati prodotti e testati nuovi materiali di trasporto di elettroni mediante strategie di sintesi modulari.

DELO Industrie Klebstoffe
L'azienda si è occupata dello sviluppo di adesivi con bassa permeabilità all'umidità per l'incapsulamento di superficie. Un focus del lavoro è stato l'ottimizzazione della compatibilità dell'adesivo con i materiali OLED. Sono stati identificati sistemi adesivi adatti e si è riusciti a ridurre significativamente le difettosità nel componente. I sistemi sviluppati sono stati ampiamente caratterizzati.

Enthone GmbH (ex Ormecon)
Nel Nano Science Centre di Enthone ad Ammersbek sono state sviluppate dispersioni del polimero conduttore elettrico polianilina, da cui sono stati prodotti strati di trasporto di carica per gli OLED. Questi display hanno mostrato proprietà elettriche equivalenti a quelle del materiale precedentemente usato.
Per la caratterizzazione dei dispositivi OLED, gli OLED preparati da Merck sono stati analizzati tramite spettroscopia di impedenza. Sono state identificate aree instabili responsabili delle brevi durate di vita degli OLED. Inoltre, dalle misurazioni di impedenza su display sottoposti a carichi temporanei, sono state fatte previsioni sulla durata.

Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP
L'Istituto Fraunhofer per la Ricerca sui Polimeri Applicati di Potsdam (IAP) ha sviluppato sistemi fosforescenti a base di polimeri per i materiali emissori verdi e rossi di Merck. Molecole di trasporto di carica adatte sono state legate come gruppi laterali a una catena principale di polimeri, dimostrando che ciò porta a prestazioni e durate di vita di OLED comparabili o addirittura migliorate rispetto a piccole molecole processabili in soluzione. Per il "verde" sono state raggiunte efficienze di corrente di 61 cd/A e durate di 66.000 ore a 1000 cd/m².

Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG (ex H.C. Starck Clevios GmbH)
L'azienda ha sviluppato nuovi materiali per strati intermedi, migliorando l'iniezione di carica dall'anodo allo strato attivo degli OLED e contribuendo ad aumentare la durata del dispositivo. Il lavoro sulla regolazione del lavoro di uscita degli strati di iniezione di lacune ora permette di impostarlo in un intervallo ampio tra 4,8 e 6,1 eV. Sono stati sviluppati controioni polimerici solubili in acqua, con i quali è stato possibile realizzare per la prima volta materiali PEDOT privi di acqua. Parallelamente, si è lavorato su elettrodi trasparenti che possono essere deposti da soluzione e contribuire alla riduzione dei costi degli OLED. La conducibilità dei film di PEDOT:PSS è stata ulteriormente aumentata. Sono stati realizzati primi OLED senza ITO. Combinando queste tecnologie con linee di argentatura stampate a tampone, sono stati resi possibili pannelli OLED senza perdita di luminanza visibile dal bordo fino al centro del dispositivo.

Università di Potsdam
I ricercatori dell'Università di Potsdam hanno studiato le proprietà fisiche come il trasporto di carica e la dinamica di eccitazione nei materiali appena sintetizzati e nei dispositivi finiti. In combinazione con simulazioni stazionarie e transitorie, è stato possibile ottenere informazioni sui processi che limitano l'efficienza dei diodi luminosi e quelli che determinano l'invecchiamento dei dispositivi.

Università di Regensburg (con due dipartimenti)
Nel gruppo di lavoro del professor Yersin sono state sviluppate nuove classi di emitter con forte e debole interazione metallo-metallo, che mostrano l'effetto di raccolta singoletto scoperto a Regensburg. Ciò permette di realizzare emitter altamente efficienti per OLED basati su complessi di rame molto economici. Questi lavori sulla raccolta singoletto con nuovi emitter sviluppati da complessi di rame sono stati premiati nel aprile 2012 con un premio all'innovazione alla conferenza internazionale "SPIE Organic Photonics" a Bruxelles.
Inoltre, nel gruppo di lavoro del professor König sono state sintetizzate biblioteche di emitter seguendo un protocollo semplice e combinatorio. Per l'identificazione rapida e quasi automatizzata e la caratterizzazione di ciascun emitter, nonché per lo studio della loro stabilità alla luce, è stato sviluppato un sistema di screening. In questo modo, è stato possibile analizzare il comportamento di degradazione di molte sostanze e trarre conclusioni sui vari meccanismi di degradazione.

Università di Tübingen (con due dipartimenti)
I gruppi di Tübingen hanno fornito nuovi complessi metallorganici che possono essere utilizzati come molecole luminose negli OLED. In sintesi, sono state preparate, caratterizzate e sono state identificate nuove strutture di conduzione promettenti per materiali emettitori, tramite sintesi chimiche di composti di coordinazione di rutenio, iridio, palladio, platino, rame, argento e oro.
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