Ikke før har vi benyttet januar-salget til å kjøpe en ny smart-TV, så forsikrer Teknisk ukeblad oss om at i 2012 er det OLED som teller. Kanskje skulle vi ha ventet et stund til? Nei, utviklingen går så fort at det blir feil uansett. Jeg vokste opp på 60-tallet uten bil, uten TV og uten telefon. Vi hadde kniv, fotball og lego, og vi hadde det bra. Skulle vi ut og møte naboguttene, tok vi beina eller sykkelen fatt. Mine barn har det også bra, men deres hverdag er temmelig ulik den jeg opplevde. Boligene i dag er fylt med elektronikk. Barna har hver sin mobil og hver sin iPod, og det er ikke uvanlig med flere datamaskiner og TV-er i hjemmene. Mange familier har mer enn en bil. Og selv om unger fortsatt både tar beina og sykkelen til hjelp når de raser av gårde til neste håndball- eller bandytrening, så møter de også venner via Messenger, eller i en virtuell playstationverden. Duppedittene rundt oss er kanskje det som aller mest synliggjør den rivende utviklingen vi har opplevd de siste tiårene, og kjemien har vært og er det sentrale faget for denne utviklingen. Stadig utvikles det nye materialer, og nå er det altså materialene bak OLED teknologien som skal gi oss en ny hverdag. Snart kan rulle sammen et plastark og putte det i lomma, og så ta det fram og lese avisa eller se innspurten i Tour de Ski mens du tar en appelsinpause på vei mot Kikut.
Jeg starter med de tre siste bokstavene i OLED, nemlig LED, og tillater meg å hente litt fra
En cocktail av kjemikalier. Lysdioder eller LED-pærer finner du i dag overalt – og ikke bare i skjermer. Bilprodusentene utnytter disse i moderne frontlys, og går du tur i Ulsteinvik på nattestid, så er det LED-lys som lyser opp gatene. For å forstå diodelys, må vi begynne med halvledere, for det er dette diodene er basert på. Tenk deg en kommode med skuffer som vi kan stable elektroner i, som bitte små golfballer. Begynn å fylle den nederste skuffen, fra bunnen og oppover, til den er proppende full. Den neste skuffen i kommoden er imidlertid forbudt område, og det er ikke tillatt å fylle elektroner i den. Hvis du har flere elektroner, må du derfor putte dem i den tredje skuffen, som i utgangspunktet er tom. Et viktig poeng til slutt er at disse skuffene ikke trenger å være like høye – og for halvledere er høyden på den midterste og «forbudte» skuffen sentral.
Dersom vi nå oversetter dette til kjemispråk og kaller skuffene for energibånd, så sitter vi nå med et fylt energibånd, et forbudt område og et tomt energibånd. Avstanden mellom de to tillatte energibåndene kalles halvlederens båndgap. Det er mulig å slå elektroner opp fra det nederste energibåndet til det over (vi sier at elektronene eksiteres), men det krever energi. Denne energien kan godt være varmeenergi. Jo høyere temperatur, desto større energi har elektronene. Hvis båndgapet er lite, kreves det lite energi for å eksitere elektroner, så noen av dem blir skutt opp i det øvre energibåndet selv ved lave temperaturer. Er båndgapet større, kreves det mer energi (høyere temperaturer), og dersom båndgapet er stort nok, er det helt umulig å eksitere elektroner til det øverste nivået. I så fall er ikke materialet en halvleder, men en isolator.
Halvlederen har i utgangspunktet ett helt stappfullt energibånd (det nedre) og ett fullstendig tomt energibånd (det øvre), og da leder den ikke strøm. Elektronene i det nedre nivået har nemlig ikke plass til å bevege seg, og det må de ha for å gi opphav til en strøm. Men så snart noen elektroner har blitt eksitert til det øvre energibåndet, forandrer situasjonen seg. Elektronene her oppe har god plass og er dermed mobile. Dessuten etterlater et elektron som forsvinner opp i det øvre energibåndet seg litt plass i det nedre båndet – det dannes et såkalt elektronhull. Dette hullet kan fylles av et nytt elektron, og dermed flytter hullet seg – et nytt elektron kan fylle dette nye hullet, og slik fortsetter det. Denne «stolleken» gir også opphav til elektrisk strøm.
I motsetning til en isolator leder altså en halvleder litt strøm, og en halvleder med lite båndgap leder mer enn en med stort båndgap. Jo mindre båndgap, jo flere elektroner i det øvre energinivået og dermed større ledningsevne. Både
silisium,
galliumarsenid og galliumnitrid er halvledere, men de har ulike båndgap. Båndgapet kan justeres ved at man bytter ut noen atomer i det faste stoffet med atomer fra det grunnstoffet som er ”naboen” i det periodiske systemet, og som dermed har et elektron ekstra eller et elektron i manko.
Doping kalles dette i halvlederspråket.
Men det var jo lysdioder vi skulle snakke om! Hvorfor er båndgapet viktig? Jo, fordi det er denne energiforskjellen som gir opphav til lyset. Dioder er kombinasjoner av to varianter av det samme halvledermaterialet, for eksempel galliumarsenid. Det ene materialet er dopet slik at det har ekstra elektroner, og det andre er dopet så det har manko på elektroner. De to materialene legges oppå hverandre. Når vi sender strøm gjennom denne smørbrødstrukturen, gjenforenes elektroner og hull ved overgangen mellom materialene. I denne reaksjonen blir det frigitt energi, og det er denne energien som gir lyset i dioden. Bølgelengden til lyset, det vil si fargen på lyset, er avhengig av båndgapet til det materialet som benyttes.
I dag lages det lysdioder med nær sagt alle farger, fra rødt via gult og grønt til blått. Lysdioder som avgir hvitt lys er også mulig – da kombinerer man lag av flere materialer som avgir lys ved forskjellige frekvenser (rødt, gult, blått), og til sammen blir det hvitt.
Men hva er forskjellen på denne vanlige LED-teknologien og den nye OLED-teknologien? Jo, O'en står for organisk. Dette er lysdioder hvor organiske molekyler benyttes til å produsere lys istedet for silisium, galliumarsenid og andre uorganiske materialer. De organiske materialene er ikke basert på konvensjonelle halvledere, men på molekyler med det som kalles konjugerte pi-bindinger. Den nye teknologien har flere fordeler; en viktig fordel er at disse kan bli langt billigere å produsere spesielt fordi vi bruker så mye av enkelte relativt sjeldne grunnstoffer i dagens konvensjonelle teknologi, at disse kan bli en mangelvare. En annen fordel er at disse, til forskjell fra dagens vanlige LED-pærer som er punktkilder (i et billys benyttes mange bitte små lyspærer), kan dekke hele flater. Det er til og med mulig å "printe" molekylene på en
overflate. Økt kontrast og redusert strømforbruk er andre fordeler, mens stabiliteten til molekylene og dermed levetiden er den største utfordringen. Den utfordringen var stor også når LCD skjermene først kom på markedet, men det løste seg ..
Det er to hovedtyper organiske forbindelser som benyttes i dag. Små molekyler som Al(C9H6NO)3 (over til venstre) og ledende polymerer som PPV eller polyphenylene vinylene (til høyre).
Bookmark/Search this post with
Skriv ny kommentar