Ny tilgang viser løfte om at overvinde flaskehalsen med blå emission i skærme, der bruger OLED'er

Ved at bruge en ny kombination af emittermolekyler, forskere i Japan har demonstreret løftet om en ny tilgang til at overvinde en stor udfordring, som skærme står over for ved hjælp af organiske lysemitterende dioder:en blå lyskilde, der matcher den fremragende ydeevne af røde og grønne.

Ved at opdele energiomdannelse og emissionsprocesser mellem to molekyler, forskerne opnåede enheder, der producerer renblå emission med høj effektivitet, bevare lysstyrken i relativt lang tid, og mangler nogle dyre metalatomer - et sæt egenskaber, som hidtil har været vanskelige at opnå samtidigt.

Rost for deres livlige farver og evne til at danne tynde og endda fleksible enheder, organiske lysdioder, eller OLED'er for korte, bruge kulstofholdige molekyler til at omdanne elektricitet til lys. I modsætning til LCD-teknologier, der anvender flydende krystaller til selektivt at blokere emission fra et filtreret baggrundslys, der dækker mange pixels, den separate røde, grønne og blå udsendende pixels på en OLED -skærm kan tændes og slukkes individuelt, producerer dybere sorte farver og reducerer strømforbruget.

Imidlertid, Især blå OLED'er har været en flaskehals i forhold til effektivitet og stabilitet.

"Der findes et stigende antal muligheder for røde og grønne OLED'er med fremragende ydeevne, men enheder, der udsender blåt lys med høj energi, er mere af en udfordring, med afvejninger, der næsten altid forekommer mellem effektivitet, farve renhed, omkostninger og levetid, " siger Chin-Yiu Chan, en forsker ved Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) og forfatter til undersøgelsen, der rapporterer resultaterne i Naturfotonik .

Mens stabile blå emittere baseret på en proces kendt som fluorescens ofte bruges i kommercielle skærme, de lider under en lav maksimal effektivitet. Såkaldte fosforescerende emittere kan opnå en ideel kvanteeffektivitet på 100 %, men de udviser generelt kortere driftslevetider og kræver et dyrt metal såsom iridium eller platin.

Som et alternativ, OPERA -forskere har udviklet molekyler, der udsender lys baseret på processen med termisk aktiveret forsinket fluorescens, almindeligvis forkortet som TADF, som kan opnå fremragende effektivitet uden metalatomet, men ofte udviser emission indeholdende et bredere udvalg af farver.

"Udvalget af farver en skærm kan producere er direkte relateret til renheden af ​​den røde, grøn, og blå pixels, " forklarer Chihaya Adachi, direktør for OPERA. "Hvis blå emission ikke er ren med et smalt spektrum, filtre er nødvendige for at forbedre farverenheden, men dette spilder udsendt energi."

Takuji Hatakeyamas gruppe ved Kwansei Gakuin University rapporterede for nylig om en lovende vej til at overvinde renhedsproblemet baseret på et unikt molekylært design for en yderst effektiv, ren-blå TADF emitter, men molekylet, ν-DABNA, nedbrydes hurtigt under drift.

Samarbejde med Hatakeyama, OPERA-forskerne har nu fundet ud af, at levetiden kan forbedres betydeligt, mens der stadig opnås en snæver emission ved at kombinere ν-DABNA med et yderligere TADF-molekyle udviklet hos OPERA som et mellemprodukt, højhastigheds energiomformer.

"Tre fjerdedele af de elektriske ladninger kombineres for at danne energitilstande kaldet tripletter i OLED'er, og TADF-molekyler kan omdanne disse ikke-emitterende tripletter til lysemitterende singletter, "forklarer Masaki Tanaka, en OPERA-forsker, der arbejdede tæt sammen med Chan om undersøgelsen.

"Imidlertid, ν-DABNA er noget langsom til at konvertere højenergi-tripletterne, som ofte spiller en rolle i nedbrydning. For at slippe af med de farlige trillinger hurtigere, vi inkluderede et mellemliggende TADF-molekyle, der hurtigere kan omdanne tripletter til singletter."

Selvom det mellemliggende molekyle er hurtig til at omdanne tripletter til singletter, den har et bredt emissionsspektrum, der producerer en himmelblå emission. Ikke desto mindre, mellemleddet kan overføre mange af sine singletter i højenergitilstand til ν-DABNA for hurtig og ren blå emission.

"Sammenlignet med de fleste emittere, de bølgelængder, som ν-DABNA kan absorbere, er meget tæt på den farve, den udsender. Denne unikke egenskab gør den i stand til at modtage meget af energien fra den brede emissionsformidler og stadig udsende en ren blå farve, " siger Chan.

Ved at bruge denne to-molekyle tilgang, som er blevet kaldt hyperfluorescens, forskerne opnåede længere levetid ved høj lysstyrke end tidligere rapporteret for meget effektive OLED'er med en lignende farve renhed.

"At denne form for tilgang kan forlænge levetiden for renblå emission fra et molekyle, vi tidligere har udviklet, er virkelig spændende, " siger Hatakeyama.

Ved at vedtage en tandemstruktur, der dybest set stabler to enheder oven på hinanden, hovedsageligt fordobling af emissionen for den samme elektriske strøm, levetid blev næsten fordoblet ved høj lysstyrke, og forskerne vurderede, at enheder kunne opretholde 50 % af deres lysstyrke i over 10, 000 timer ved mere moderat intensitet.

"Selvom dette stadig er for kort til praktiske anvendelser, strengere kontrol med fremstillingsforholdene fører ofte til endnu længere levetider, så disse første resultater peger på en meget lovende fremtid for denne tilgang til endelig at opnå en effektiv og stabil ren-blå OLED, " siger Adachi.

"I den nærmeste fremtid, Jeg håber, at blå hyperfluorescens OLED'er kan erstatte nuværende blå OLED'er til ultra-high-definition skærme, " tilføjer Chan.