В органических светодиодах (OLED) используются слои органических молекул для эффективного преобразования электричества в свет. Молекулы, хотя и являются отличными излучателями, обычно являются плохими электрическими проводниками, поэтому название игры было тонким – как в 100 нм, или примерно 1/500 толщины человеческого волоса. Только при использовании таких тонких слоев электричество может легко достичь того места, где происходит излучение в середине устройств.
В то время как для чрезвычайно тонких слоев требуется лишь небольшое количество материала, использование таких тонких пленок усложняет надежное изготовление миллионов пикселей, поскольку чрезвычайно мелкие дефекты могут привести к отказу устройства.
Кроме того, свет, отражающийся между передней и задней частью тонких слоев, часто приводит к взаимодействиям, называемым эффектами полости, которые слегка искажают цвет излучения при больших углах обзора.
Таким образом, задача заключалась в том, чтобы сделать устройства более толстыми, избегая при этом недостатков органических веществ. Для этого исследователи из Университета Кюсю обратились к альтернативному классу материалов, называемых перовскитами, которые определяются своей отчетливой кристаллической структурой.
«Хотя перовскиты в последнее время привлекают огромное внимание в качестве светопоглощающих слоев в солнечных элементах, некоторые перовскиты на самом деле прозрачны, но при этом обладают высокой проводимостью», – говорит Тошинори Мацусима, доцент Международного института углеродно-нейтральных исследований энергии на Кюсю. Университет и ведущий исследователь в газете Nature объявляют о новых результатах.
«Кроме того, перовскиты на основе смеси органических и неорганических компонентов могут быть переработаны из недорогих исходных материалов, используя те же процессы производства, что и для органических веществ, что делает перовскиты и органические вещества идеальным сочетанием."
В своих устройствах исследователи зажали излучающий слой молекул, обычно используемых в органических светодиодах, между слоями перовскита с общей толщиной 2000 нм. Полученные устройства имеют активные слои, которые в 10 раз толще, чем у обычных OLED-дисплеев, но все же составляют часть ширины человеческого волоса.
Толстые устройства продемонстрировали эффективность, аналогичную эффективности эталонных тонких OLED-дисплеев, но при этом имели одинаковый цвет под любым углом обзора. С другой стороны, OLED на основе толстых органических слоев не излучали свет при аналогичных рабочих напряжениях.
«Эти результаты опровергают 30-летнее представление о том, что OLED ограничиваются тонкими пленками, и открывают новые возможности для недорогого, надежного и единообразного производства дисплеев и освещения на основе OLED», – говорит проф. Чихая Адачи, директор Центра исследований органической фотоники и электроники Университета Кюсю.
Хотя исследователи также пытались использовать перовскиты непосредственно в качестве излучателей света, срок службы устройств пока невелик. Сохраняя процесс эмиссии в органических материалах и используя перовскиты только для транспортировки электроэнергии, команда Кюсю достигла одинакового срока службы как для толстых устройств, так и для эталонных OLED.
«Основываясь на этой работе, перовскиты будут рассматриваться в новом свете как универсальные высокопроизводительные материалы для вспомогательных ролей не только в органических светодиодах, но и в других органических электронных устройствах, таких как лазеры, устройства памяти и датчики», – прогнозирует Адачи.