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Judging how long a blue OLED will stay bright has meant waiting. Conventionally, engineers run a device for tens to hundreds of hours while watching its brightness fall, and the device wears down during the test itself. A team at the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) has found a shortcut: a magnetic field that nudges the light output by an amount too small to see with the naked eye. The team, led by professor Seunghyup Yoo of the School of Electrical Engineering, published the method in Nature Communications.
Avaliar durante quanto tempo um OLED azul vai manter o brilho exige esperar. Convencionalmente, os engenheiros fazem funcionar um dispositivo durante dezenas a centenas de horas, enquanto observam a queda do brilho, e o dispositivo desgasta-se durante o próprio ensaio. Uma equipa do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) encontrou um atalho: um campo magnético que altera a emissão de luz numa quantidade demasiado pequena para ser vista a olho nu. A equipa, liderada pelo professor Seunghyup Yoo, da Escola de Engenharia Elétrica, publicou o método na Nature Communications.
OLEDs (organic light-emitting diodes) produce light on their own when current flows through them, and they make up smartphone and TV screens. A screen creates its full range of colors by combining red, green and blue light. The blue phosphorescent devices studied here use electrical energy efficiently to emit blue light, but keeping a long lifetime while maintaining that efficiency is a key challenge in their development.
Os OLED (díodos orgânicos emissores de luz) produzem luz por si próprios quando é feita passar corrente por eles, e são a base dos ecrãs de smartphones e televisores. Um ecrã cria a sua gama completa de cores combinando luz vermelha, verde e azul. Os dispositivos fosforescentes azuis estudados aqui utilizam energia elétrica com eficiência para emitir luz azul, mas conservar uma vida útil longa mantendo essa eficiência é um desafio fundamental no seu desenvolvimento.
The researchers operated OLEDs at constant current and varied the magnetic field strength with an electromagnet, then measured the brightness change. Under the field, the devices became slightly brighter. That response combines several effects, and the team isolated the component most closely tied to lifetime degradation, turning it into a single evaluation metric. Applied to four blue devices made from the same light-emitting material but with different internal structures, the ones with a smaller initial response maintained their starting luminance longer in long-term operating tests. The metric showed a strong linear correlation with the logarithm of lifetime, both at 70% and at 50% of initial brightness.
Os investigadores fizeram funcionar OLED com corrente constante, variaram a intensidade do campo magnético com um eletroíman e, em seguida, mediram a variação do brilho. Sob o campo, os dispositivos tornaram-se ligeiramente mais brilhantes. Esta resposta combina vários efeitos, e a equipa isolou a componente mais estreitamente ligada à degradação da vida útil, transformando-a numa métrica de avaliação única. Aplicada a quatro dispositivos azuis feitos com o mesmo material emissor de luz, mas com estruturas internas diferentes, os que apresentavam uma resposta inicial menor mantiveram a luminância inicial durante mais tempo nos ensaios de funcionamento prolongado. A métrica mostrou uma forte correlação linear com o logaritmo da vida útil, tanto a 70 % como a 50 % do brilho inicial.
The team also explained why. Over long periods of use, bonds in the organic molecules can break and form defects that interfere with light emission. Molecular simulations indicated that these defects affect the light-emitting process, and that this effect shows up in the brightness response to a magnetic field. The magnetic field is therefore a probe, not a way to extend lifetime.
A equipa também explicou a razão. Ao longo de longos períodos de utilização, as ligações nas moléculas orgânicas podem romper-se e formar defeitos que interferem na emissão de luz. Simulações moleculares indicaram que estes defeitos afetam o processo de emissão de luz e que esse efeito se reflete na resposta do brilho a um campo magnético. O campo magnético é, portanto, uma sonda, e não um meio de prolongar a vida útil.
Display companies and research institutes are the first to gain. When several prototypes share a light-emitting material but differ in structure, a few early measurements can single out the designs most likely to last, so that development effort goes to them. Because not every prototype has to run for long periods before results arrive, the team expects the method to shorten development time and reduce cost. The team gives no timeline for adoption in production.
As empresas de ecrãs e os institutos de investigação são os primeiros a beneficiar. Quando vários protótipos partilham um material emissor de luz mas diferem na estrutura, algumas medições precoces podem identificar os desenhos com maior probabilidade de durar, para que o esforço de desenvolvimento se concentre neles. Como nem todos os protótipos precisam de funcionar durante longos períodos antes de se obterem resultados, a equipa espera que o método encurte o tempo de desenvolvimento e reduza os custos. A equipa não indica qualquer calendário para a adoção na produção.
The result is not yet a general rule. Further validation is needed before the relationship applies to a wider range of OLEDs, and when materials or internal structure change, the main factors responding to the magnetic field can change too. Each device type therefore needs its own analysis. Yoo said the result "can be used to quickly select materials and device structures with long lifetimes in the early stages of OLED development", and that with validation under various conditions the method could serve as a nondestructive evaluation technique.
O resultado ainda não é uma regra geral. É necessária mais validação antes de a relação se aplicar a uma gama mais vasta de OLED e, quando mudam os materiais ou a estrutura interna, os principais fatores que respondem ao campo magnético podem também mudar. Cada tipo de dispositivo precisa, por isso, de uma análise própria. Yoo afirmou que o resultado «pode ser usado para selecionar rapidamente materiais e estruturas de dispositivos com longa vida útil nas fases iniciais do desenvolvimento de OLED» e que, com validação em diversas condições, o método poderia servir como técnica de avaliação não destrutiva.