OLED. Tecnologie abilitanti del Futuro

 

Milano, SmartMatLab Center. Laboratorio per la realizzazione di prototipi. Visibile la cappa chimica con sistemi di trattamento termico, l’impianto di evaporazione in ultra alto vuoto accoppiato ad un sistema di glove box con atmosfera controllata per la fabbricazione ed incapsulamento di OLED (cortesia: SmartMatLab Center)

Gli OLED si sono affermati negli ultimi anni rivoluzionando il mercato delle tecnologie basate su display a colori: un esempio i nostri smartphone, tablet e notebook. Con gli OLED si sono avuti dispositivi luminosi con prestazioni sempre più elevate in termini di resa dell’immagine, alta definizione e angoli di visione fino a 180 gradi…

..Ma in particolare la tecnologia OLED garantisce efficienza energetica con grande risparmio rispetto alla tecnologia a base inorganica, LED e LCD. L’uso di substrati plastici, anziché matrici vetrose, consente poi di realizzare schermi flessibili ed infrangibili e touchscreen di dimensioni ridottissime: la ricerca scientifica ed industriale in questo campo è molto attiva e rivolta al continuo miglioramento delle prestazioni e della durata dei dispositivi.

A questo proposito Alberto Bossi e Marta Penconi, dell’Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari del CNR (ISTM-CNR Milano) ci hanno illustrato l’attività svolta in questo campo nello SmartMatLab Center: il centro, coordinato da Elena Selli, del Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Milano – che opera sui progetti e attorno agli sviluppi futuri nelle tematiche che vertono sull’uso di materiali per applicazioni optoelettroniche – è stato co-finanziato da Regione Lombardia e Fondazione CARIPLO, ed è nato nel 2014 da una partnership pubblico/privata tra il Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Milano e l’ISTM-CNR con quattro partner industriali.

Lo SmartMatLab Center è costituito da due laboratori, il primo dedicato alla realizzazione di dimostratori e prototipi di OLED e celle solari, il secondo alla caratterizzazione dei dispositivi fabbricati e ai nuovi materiali. Qualunque sia l’applicazione degli OLED, almeno due sono i fattori in comune a display per monitor e pannelli da illuminazione: la stabilità temporale intesa come efficienza ed emissione costante nel tempo e l’efficienza energetica.

Su entrambe le tematiche, il team di ricercatori dell’ISTM di Milano (D. Ceresoli, F. Cargnoni, M. Cazzaniga, M. Penconi e A. Bossi), ha condotto uno studio dei meccanismi di degradazione dei cromofori responsabili dell’emissione della luce blu, nella regione spettrale percepita dall’occhio umano tra i 450-495 caratterizzato da elevata energia. Questa energia inizialmente accumulata nei materiali dell’OLED prima di essere emessa per elettroluminescenza è paragonabile con quella necessaria per rompere alcuni dei legami chimici presenti nelle molecole emissive: questo causa la degradazione intrinseca dei materiali con conseguente perdita di efficienza e alterazione del colore.

In questi studi sono stati verificati i processi attraverso cui degrada il Firpic, uno dei sistemi modello che emettono luce blu utile per gli OLED. Più recentemente, un’ evoluzione del progetto sul trasporto e migrazione di carica ha portato a studiare il tema degli “ecciplessi” come nuova frontiera per le matrici attive degli OLED: questi sistemi sembrano essere di particolare rilevanza in quanto potenzialmente in grado di incrementare l’efficienza di raccolta ed utilizzo delle cariche iniettate nel dispositivo utilizzando solo molecole organiche.

Le potenzialità di questo approccio sono numerose e tutte compatibili con le tecnologie produttive già in uso per gli OLED. Un altro settore di nicchia che ha però già fornito risultati allo stato dell’arte della tecnologia, riguarda l’applicazione degli OLED nella produzione di luce infrarossa (IR) (lunghezze d’onda oltre i 700 nm al confine della capacità percettiva dell’occhio umano): l’obiettivo è quello di applicare questi dispositivi nel campo dell’industria militare della difesa ed in capo civile nell’automotive (emettitori IR utili nella guida assistita e nella percezione di ostacoli durante tragitti notturni o con scarsa visibilità), nel riconoscimento facciale e in sensori ultracompatti. Un analogo interesse verso OLED-IR è presente in campo medico per l’imaging in-vivo, le terapie fotodinamiche e il trattamento locale di problemi dermici e cutanei1.

La sospensione “Samantha” utilizza moduli OLED rettangolari (design: Francesco Meda e Francesco Faccin) (courtesy: Nilufar Depot, Milano)

L’attività del Centro Ricerche ENEA di Portici ci è stata invece presentata dalla dott.ssa Maria Grazia Maglione. Il Laboratorio Nanomateriali e Dispositivi (NANO) del Centro Ricerche ENEA Portici2, da oltre dieci anni fa ricerca sugli OLED (Organic Light Emitting Diode).

I principali temi di ricerca riguardano il miglioramento dell’efficacia dei dispositivi mediante l’utilizzo di materiali altamente emissivi, architetture innovative, e metodi di estrazione luminosa per ridurre l’effetto guida d’onda indotto dai differenti indici di rifrazione dei materiali dell’OLED, oltre allo studio di nuovi materiali emissivi anche biodegradabili e dei meccanismi di degrado dei dispositivi per incrementarne il tempo di vita. Per quest’ultimo aspetto è stato brevettato un layout per l’incapsulamento, e si utilizzano tecnologie innovative di deposizione di strati incapsulanti e/o barriera.

Il Laboratorio è in grado di realizzare OLED su substrati rigidi e flessibili, utilizzando metodi di fabbricazione che comprendono tecniche in ultra alto vuoto e tecniche da soluzione. L’area emissiva può avere qualsiasi geometria, da pochi millimetri quadri fino a decine di centimetri quadri. Possono essere utilizzati svariati materiali emissivi, per generare luce di qualsiasi lunghezza d’onda, con valori di luminanza che possono raggiungere circa 50.000 cd/m2 a 10 V. I dispositivi incapsulati con vetro hanno un tempo di vita stimato di circa 10.000 ore.

Un modulo OLED (cortesia: ENEA – Napoli, Portici)

Le applicazioni a cui il Laboratorio NANO si rivolge puntano a soluzioni intelligenti ed ecosostenibili nei settori illuminazione per interni, medicale, bio-agro, trasporti, ecc. In generale, il Laboratorio svolge ricerche nel settore della cosiddetta elettronica organica, per cui studia, realizza, sviluppa ed applica materiali, dispositivi, tecniche di preparazione e sistemi a base organica, polimerica e ibrida (OLED, OPV, OTFT, RFID, sensori chimico-fisici, ecc.), con l’obiettivo di sviluppare processi sostenibili di fabbricazione e gestione delle risorse, mediante soluzioni a basso consumo, basso costo e basso impatto ambientale.

Le varie linee di attività trovano positivo riscontro nella collaborazione con aziende del settore elettrico e istituti di ricerca italiani ed europei, quali Vimar, Electrolux, SAES Getters, BTicino, CNR, UniNA, UniSA, VTT, CEA, CNRS, Fraunhofer, EVG, Oxford, ecc., e nel coordinamento e sviluppo di importanti progetti di ricerca finanziati, fra i quali il Laboratorio Pubblico Privato TRIPODE/ Progetto RELIGHT (Research For Light), o il Progetto ALADIN (Industria 2015) – Sistemi di Illuminazione e Segnalazione intelligenti.

I Laboratori di Milano e di Napoli Portici hanno lavorato a progetti di ricerca finanziati, fra i quali il Laboratorio Pubblico Privato TRIPODE/ Progetto RELIGHT (Research For Light)

Inoltre, il Laboratorio NANO fa parte di organizzazioni internazionali, come la Organic and Printed Electronic Association (OE-A) e il gruppo di lavoro Illuminazione (WG4) della piattaforma tecnologica europea Photonics21, riferimenti mondiali per queste tecnologie.

(arch. Sara Berta, progettista – Roma)

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I progetti sono stati condotti con un finanziamento di Samsung GRO, Regione Lombardia e CNR. Sono inoltre in via di sviluppo nuove interazioni con il Politecnico di Milano e l’Università di Milano Bicocca, oltre che con gruppi esteri
2 Il Laboratorio fa parte della Divisione Tecnologie e processi dei materiali per la sostenibilità (PROMAS), inserita nel Dipartimento Sostenibilità dei sistemi produttivi e territoriali (SSPT), per cui la sigla identificativa completa del Laboratorio è ENEA SSPT-PROMAS-NANO

 

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