Udnyttelse af hoppende brinter til højeffektive OLED'er

Fornyet undersøgelse af et molekyle, der oprindeligt blev syntetiseret med det formål at skabe et unikt lysabsorberende pigment, har ført til etableringen af ​​en ny designstrategi for effektive lysemitterende molekyler med anvendelse i næste generations displays og belysning.

Forskere ved Kyushu Universitets Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) viste, at et molekyle, der let ændrer sin kemiske struktur før og efter emission, kan opnå en høj effektivitet i organiske lysemitterende dioder (OLED'er).

Udover at producere levende farver, OLED'er kan fremstilles i alt fra små pixels til store og fleksible paneler, hvilket gør dem yderst attraktive til displays og belysning.

I en OLED, elektriske ladninger, der sprøjtes ind i tynde film af organiske molekyler, samles og danner energipakker - kaldet excitoner - der kan producere lys.

Målet er at konvertere alle excitonerne til lys, men tre fjerdedele af de skabte excitoner er trillinger, som ikke producerer lys i konventionelle materialer, mens den resterende fjerdedel er singletter, som udsender gennem en proces kaldet fluorescens.

Inkludering af et sjældent metal, såsom iridium eller platin, i et molekyle kan muliggøre hurtig emission fra tripletterne gennem phosphorescens, som i øjeblikket er den dominerende teknologi for højeffektive OLED'er.

En alternativ mekanisme er brugen af ​​varme i miljøet for at give trillinger et energisk boost, der er tilstrækkeligt til at omdanne dem til lysemitterende singletter.

denne proces, kendt som termisk aktiveret forsinket fluorescens (TADF), forekommer let ved stuetemperatur i passende designet molekyler og har den ekstra fordel at undgå omkostninger og reduceret molekylær designfrihed forbundet med sjældne metaller.

Imidlertid, de fleste TADF-molekyler er stadig afhængige af den samme grundlæggende designtilgang.

"Mange nye TADF -molekyler rapporteres hver måned, men vi bliver ved med at se det samme underliggende design med elektrondonerende grupper forbundet til elektronacceptable grupper, " siger Masashi Mamada, ledende forsker på undersøgelsen, der rapporterer de nye resultater.

"At finde fundamentalt forskellige molekylære designs, der også udviser effektiv TADF, er en nøgle til at låse op for nye egenskaber, og i dette tilfælde, vi fandt en ved at se på fortiden med et nyt perspektiv."

I øjeblikket, kombinationer af donerende og accepterende enheder bruges primært, fordi de giver en relativt enkel måde at skubbe rundt på elektronerne i et molekyle og opnå de nødvendige betingelser for TADF.

Selvom metoden er effektiv og et stort udvalg af kombinationer er mulige, der ønskes stadig nye strategier i jagten på at finde perfekte eller unikke udsender.

Mekanismen, som forskerne udforskede denne gang, indebærer reversibel overførsel af et hydrogenatom - teknisk set bare dens positive kerne - fra et atom i det emitterende molekyle til et andet i det samme molekyle for at skabe et arrangement, der befordrer TADF.

Denne overførsel sker spontant, når molekylet exciteres med optisk eller elektrisk energi og er kendt som excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT).

Denne ESIPT -proces er så vigtig i de undersøgte molekyler, at kvantekemiske beregninger fra forskerne indikerer, at TADF ikke er mulig før overførsel af brintet.

Efter excitation, brinten overføres hurtigt til et andet atom i molekylet, fører til en molekylær struktur, der er i stand til TADF.

Brinten overføres tilbage til sit oprindelige atom, efter at molekylet udsender lys, og molekylet er derefter klar til at gentage processen.

Selvom TADF fra et ESIPT-molekyle er blevet rapporteret tidligere, dette er den første demonstration af højeffektiv TADF observeret inden i og uden for en enhed.

Denne vidt forskellige designstrategi åbner døren for at opnå TADF med en række nye kemiske strukturer, som ikke ville have været overvejet baseret på tidligere strategier.

Interessant nok, det molekyle, som forskerne brugte, var højst sandsynligt en skuffelse, da det første gang blev syntetiseret for næsten 20 år siden af ​​kemikere i håb om at skabe et nyt pigment for kun at opdage, at molekylet er farveløst.

"Organiske molekyler stopper aldrig med at forbløffe mig, " siger professor Chihaya Adachi, Direktør for OPERA. "Der findes mange veje med forskellige fordele og ulemper for at opnå det samme mål, og vi har stadig kun ridset overfladen af, hvad der er muligt."

Fordelene ved denne designstrategi er lige begyndt at blive udforsket, men et særligt lovende område er relateret til stabilitet.

Molekyler, der ligner den undersøgte, vides at være yderst resistente over for nedbrydning, så forskerne håber, at denne slags molekyler kan være med til at forbedre levetiden for OLED'er.

For at se om dette er tilfældet, test er nu i gang.

Mens kun tiden vil vise, hvor langt denne særlige strategi vil gå, de stadigt voksende muligheder for OLED -emittere lover bestemt godt for deres fremtid.