Naukowcy z University of Michigan odkryli właśnie, że światło w organicznych diodach wcale nie płynie szerokim, spokojnym nurtem. Zamiast tego skupia się w nanoskopowych „hotspotach”, z których część… migocze. To odkrycie, opublikowane niedawno w Nature Photonics, rzuca zupełnie nowe światło na problem wypalania się matryc i degradacji urządzeń, które towarzyszą nam na co dzień.
Jak powstają nanoskopowe punkty zapalne?
Zrozumienie tego zjawiska wymaga wyobrażenia sobie struktury materiałów organicznych, z których zbudowany jest OLED. W przeciwieństwie do krzemu, który ma uporządkowaną strukturę krystaliczną, materiały w naszych ekranach są zazwyczaj amorficzne – czyli panuje w nich strukturalny nieład. Profesor Chris Giebink porównuje to do górzystego krajobrazu. Nośniki ładunku (elektrony i tzw. dziury) poruszają się po tym terenie, szukając ścieżek o najniższej energii. Naturalnie wybierają więc doliny.
Problem polega na tym, że te „doliny” stają się niezwykle zatłoczone, niczym drogi w godzinach szczytu. W miejscach, gdzie rzeki elektronów i dziur spotykają się najintensywniej, powstają fotony, czyli światło. Badania wykazały, że gęstość ładunku w tych punktach może być od 10 do nawet 100 razy wyższa niż w pozostałej części materiału. Te właśnie punkty naukowcy nazwali hotspotami. Mają one zaledwie kilkadziesiąt nanometrów szerokości, co sprawia, że są niemożliwe do dostrzeżenia przez tradycyjny mikroskop optyczny.
Dlaczego to tak ważne dla trwałości telefonu? To prosta fizyka: obszary, przez które płynie znacznie większy prąd, nagrzewają się i zużywają znacznie szybciej. To tak, jakbyśmy na autostradzie puścił cały ruch tylko jednym pasem – ta część jezdni zniszczy się w ekspresowym tempie, podczas gdy reszta pozostanie nienaruszona. W efekcie amorficzna struktura OLED-ów sama prosi się o szybsze „wypalenie”.
Tajemnica migotania i szansa na ratunek
Podczas obserwacji zespół badawczy zauważył coś jeszcze dziwniejszego: hotspoty migoczą. Nie robią tego jednak synchronicznie, dlatego ludzkie oko odbiera świecenie ekranu jako stałe i stabilne. Joshua Springsteen, główny autor badania, wykorzystał zaawansowaną technikę obrazowania fluktuacji optycznej (SOFI), aby potwierdzić, że to zjawisko elektryczne, a nie błąd mikroskopu.
Czytaj też: Technologia 3D i NVIDIA rewolucjonizują nawigację robotów
Przyczyną migotania są „korki” w przepływie ładunków. Czasami nośnik ładunku zostaje uwięziony w zagłębieniu energetycznym, działając jak tama. Odpycha on inne ładunki, zmuszając je do szukania alternatywnych tras, co powoduje wygaszenie jednych hotspotów i zapalenie innych. Gdy uwięziony ładunek zaabsorbuje dość ciepła, by „wyskoczyć” z pułapki, przepływ wraca do normy, a hotspot znów rozbłyska.
Czytaj też: W Chinach powstaje szkoła dla robotów. Potężna baza danych ożywi humanoidy
Naukowcy nie zostawiają nas jednak z samymi złymi wiadomościami. Sugerują, że rozwiązaniem problemu krótkowieczności elektroniki organicznej może być zmiana struktury materiałów z amorficznej na krystaliczną. W strukturach krystalicznych „krajobraz” energetyczny jest znacznie bardziej płaski i jednolity. Ładunki rozkładają się w nich równomiernie, co eliminuje powstawanie niszczycielskich hotspotów. Dzięki temu diody mogłyby pracować wydajniej i znacznie dłużej zachowywać pierwotną jasność.
Czytaj też: Mechaniczny rumak z Chin. DEEP Robotics świętuje Rok Konia w wielkim stylu
Mimo że nanoskopowe hotspoty i ich migotanie, brzmią jak czysta fizyka teoretyczna, mają one bezpośredni wpływ na to, jak długo nasz smartfon czy telewizor pozostaną sprawne. Teraz od producentów zależy, czy wykorzystają te informacje i zastosują środki zaradcze, by zapobiec zjawisku wypalania się ekranów, by nasze sprzęty służyły nam latami bez utraty jakości obrazu.
Źródło: Nature Photonics
