Lys fra sjældne jordarter:Nye muligheder for organiske lysdioder

Siden dens fødsel i laboratoriet, Organic light-emitting diode (OLED) teknologi har udviklet sig til en industri til en værdi af titusindvis af milliarder af dollars i de seneste tre årtier. I industrielle applikationer, de fosforescerende materialer med 100 % exciton udnyttelseseffektivitet (EUE) har været i stand til at imødekomme behovene hos tre-primære røde og grønne OLED'er til visning. Imidlertid, den lange levetid i exciteret tilstand (normalt> 1 μs) og høj energi i exciterede tilstande (> 2,8 eV) gør blå phosphorescerende OLED dårligt stabil. Derfor, de blå lysemitterende materialer, der i øjeblikket anvendes, er stadig fluorescerende materialer med en lav EUE, men kort levetid for nanosekunder i exciteret tilstand.

De traditionelle f-f transition sjældne jordarters komplekser har fordelene ved 100 % EUE og meget rene røde og grønne emissioner, derfor er de blevet anvendt til OLED-forskning endnu tidligere end fosforescerende materialer. Imidlertid, f-f-overgangens iboende millisekunds exciterede tilstandslevetid begrænser forbedringen af ​​enhedens ydeevne, laver langsom udvikling af sjældne jordarters kompleks elektroluminescens i mange år.

For nylig, et forskerhold fra Peking University opnåede højeffektive himmelblå OLED'er ved at introducere et d-f transition sjældne jordarters cerium(III)-kompleks Ce-2 med en nanosekunds levetid i ophidset tilstand. Forfatterne beviste, at 100 % EUE kan opnås i cerium(III)-kompleksbaserede OLED'er. Mest vigtigt, enhedsstabiliteten af ​​Ce-2 er væsentligt forbedret sammenlignet med det traditionelle iridium (III) kompleks med en lignende emitterende farve.

Forskellig fra andre trivalente sjældne jordarters ioner, den enkelte elektron i Ce(III)-ion kan producere spin-tilladt og paritets-tilladt 4f-5d-overgang, og den ophidsede tilstands levetid er kun snesevis af nanosekunder. Imidlertid, på grund af den slukkende effekt af ligander og små molekyler i miljøet, de fleste Ce(III)-komplekser er ikke emissive. Liganden af ​​Ce-2 har multidentat koordinationsevne og en relativt stiv struktur, som effektivt kan beskytte den centrale Ce(III)-ion. Derfor, emissionseffektiviteten af ​​Ce-2 i den dopede film er 95 %, og den exciterede tilstands levetid er målt til 52 ns.

Interessant nok, Ce-2 baseret OLED udviser en maksimal ekstern kvanteeffektivitet på 20,8%. Baseret på dette resultat, det kan udledes, at enhedens EUE er tæt på 100 %. Det vigtigste er, Ce(III) kompleks baseret OLED viste mindre roll-off, højere maksimal luminans, og længere driftslevetid med ~70 gange, sammenlignet med en Ir(III) kompleks baseret OLED med en lignende emitterende farve. Forbigående elektroluminescensundersøgelse viser, at levetiden i exciteret tilstand for Ce-2 i OLED kun er 1/16 af Ir(III)-kompleksets levetid i enheden. Det er hovedårsagen til forbedringen af ​​enhedens ydeevne. Da Ce(III)-komplekser har både 100 % EUE og nanosekunders luminescenslevetid, sådanne emittere lover at fremstille blå OLED'er med både høj effektivitet og stabilitet. Udover, i betragtning af, at Ce(III)-komplekser har justerbare emissionsspektre og lavere omkostninger, sådanne materialer forventes at blive en ny generation af emittere for at opnå fuldfarve OLED-skærm og belysning.