Разделив процессы преобразования энергии и излучения между двумя молекулами, исследователи создали устройства, которые производят чисто-синее излучение с высокой эффективностью, сохраняют яркость в течение относительно долгого времени и не имеют каких-либо дорогостоящих атомов металлов – набор свойств, который до сих пор был трудным. получить одновременно.
Известные своими яркими цветами и способностью формировать тонкие и даже гибкие устройства, органические светодиоды или, для краткости, OLED, используют углеродсодержащие молекулы для преобразования электричества в свет.
В отличие от ЖК-технологий, использующих жидкие кристаллы для выборочного блокирования излучения от фильтрованной задней подсветки, покрывающей множество пикселей, отдельные излучающие красный, зеленый и синий пиксели OLED-дисплея можно полностью включать и выключать по отдельности, создавая более глубокий черный цвет и снижая энергопотребление.
Однако именно синие OLED-светодиоды были узким местом с точки зрения эффективности и стабильности.
«Существует все больше вариантов для красных и зеленых OLED с отличными характеристиками, но устройства, излучающие высокоэнергетический синий свет, представляют собой большую проблему, поскольку почти всегда приходится искать компромисс между эффективностью, чистотой цвета, стоимостью и сроком службы», – говорит Чин. Ю Чан, исследователь из Центра исследований органической фотоники и электроники (OPERA) Университета Кюсю и автор исследования, сообщающего о результатах в Nature Photonics.
Хотя стабильные синие излучатели, основанные на процессе, известном как флуоресценция, часто используются в коммерческих дисплеях, они страдают от низкой максимальной эффективности. Так называемые фосфоресцентные излучатели могут достичь идеальной квантовой эффективности 100%, но они обычно имеют более короткий срок службы и требуют дорогостоящего металла, такого как иридий или платина.
В качестве альтернативы исследователи OPERA разрабатывают молекулы, которые излучают свет на основе процесса термически активируемой замедленной флуоресценции, обычно сокращенно TADF, которая может достичь превосходной эффективности без атома металла, но часто дает излучение, содержащее более широкий диапазон цветов.
«Диапазон цветов, которые может воспроизводить дисплей, напрямую связан с чистотой красных, зеленых и синих пикселей», – объясняет Чихая Адачи, директор OPERA. «Если синее излучение не является чистым с узким спектром, необходимы фильтры для улучшения чистоты цвета, но при этом тратится излучаемая энергия."
Группа Такудзи Хатакеямы из Университета Квансей Гакуин недавно сообщила о многообещающем пути решения проблемы чистоты, основанном на уникальном молекулярном дизайне высокоэффективного синего эмиттера ТАДФ, но молекула, названная ?-DABNA, быстро деградирует в процессе эксплуатации.
В сотрудничестве с Хатакеямой исследователи OPERA обнаружили, что срок службы может быть значительно увеличен, при этом сохраняя узкую эмиссию, комбинируя ?-DABNA с дополнительной молекулой TADF, разработанная в OPERA в качестве промежуточного высокоскоростного преобразователя энергии.
«Три четверти электрических зарядов объединяются, образуя энергетические состояния, называемые триплетами в OLED, и молекулы TADF могут преобразовывать эти неизлучающие триплеты в светоизлучающие синглеты», – объясняет Масаки Танака, исследователь OPERA, который работал в тесном сотрудничестве с Чаном над исследованием.
"Тем не мение, ?-DABNA несколько медленно преобразует высокоэнергетические триплеты, которые часто играют роль в деградации. Чтобы быстрее избавиться от опасных триплетов, мы включили промежуточную молекулу ТАДФ, которая может быстрее превращать триплеты в синглеты."
Хотя промежуточная молекула быстро превращает триплеты в синглеты, она имеет широкий спектр излучения, дающий небесно-голубое излучение.
Тем не менее, посредник может переводить многие из своих синглетов в высокоэнергетическом состоянии в ?-DABNA для быстрого и чистого синего излучения.
"По сравнению с большинством излучателей длины волн, ?-DABNA может впитывать, очень близки к цвету, который она излучает. Это уникальное свойство позволяет ему получать большую часть энергии от посредника с широким излучением и при этом излучать чистый синий цвет », – говорит Чан.
Используя этот двухмолекулярный подход, который получил название гиперфлуоресценции, исследователи достигли более длительного срока службы при высокой яркости, чем сообщалось ранее для высокоэффективных OLED, имеющих аналогичную чистоту цвета.
«То, что такой подход может продлить время жизни чистого синего излучения молекулы, которую мы ранее разработали, действительно впечатляет», – говорит Хатакеяма.
Принятие тандемной структуры, которая в основном ставит два устройства друг на друга, чтобы эффективно удвоить излучение для одного и того же электрического тока, срок службы был почти удвоен при высокой яркости, и исследователи подсчитали, что устройства могут поддерживать 50% своей яркости в течение более 10 000 часов. при более умеренной интенсивности.
«Хотя это все еще слишком мало для практических применений, более строгий контроль условий производства часто приводит к еще большему сроку службы, поэтому эти первоначальные результаты указывают на очень многообещающее будущее для этого подхода, чтобы наконец получить эффективный и стабильный OLED чистого голубого цвета», – говорится в сообщении. Адачи.
«В ближайшем будущем я надеюсь, что голубые светодиоды с гиперфлуоресценцией смогут заменить нынешние синие светодиоды OLED для дисплеев сверхвысокой четкости», – добавляет Чан.