Spændende tider for effektiv, tung-atom-fri OLED'er

Organic light-emitting diode (OLED)-skærme er nu meget populære funktioner i mange almindelige produkter, herunder smartphones og fjernsyn. OLED'er har fordelene ved at være lave omkostninger, lys, fleksibel, og nem at ændre, gør dem til ideelle displaymaterialer. Imidlertid, nuværende OLED'er, der opnår kommercielt levedygtige kvanteeffektiviteter, indeholder sjældne metalatomer som iridium og platin, der øger omkostningerne og reducerer bæredygtighed. Nu, et internationalt hold inklusive forskere fra Osaka University har rapporteret om den bedst ydende tung-atom-fri OLED af sin art.

Selvom OLED'er, der ikke indeholder tunge atomer-såsom sjældne metaller og halogener-er et oplagt valg til at reducere omkostningerne og forbedre produkternes levedygtighed på lang sigt, de tung-atom-fri emittere, der er tilgængelige i øjeblikket, har begrænsninger.

Materialer kendt som termisk aktiveret forsinket fluorescens (TADF) emitter er effektive; imidlertid, de har typisk brede emissionsspektre, der gør dem mere velegnede til brug som lyskilder end som de præcise emittere, der kræves til displayapplikationer. En anden type tung-atom-fri emitter er stuetemperatur phosphorescence (RTP) emittere; imidlertid, de OLED'er, der bruger dem, viser meget lave effektiviteter af <1 %, på grund af slukning af langlivede triplet-excitoner i enheden.

Forskerne slog derfor mekanismerne for TADF- og RTP-fænomener sammen for at producere en hybridemitter, der kombinerer funktionerne i begge systemer. Deres TADF/RTP-materiale - kaldet SiAz - indeholder kun kulstof, brint, nitrogen, og silicium atomer, som er lette at opnå naturligt rigelige elementer, gør SiAz levedygtig til udbredt brug.

"Energiniveaugab i de exciterede tilstande af et emitterende materiale bestemmer, hvordan materialerne kan opføre sig ved excitationen og den emission, de producerer, ", forklarer den tilsvarende forfatter Youhei Takeda. "At kombinere de to mekanismer betød, at vi kunne ændre den måde, hvorpå et excitonisk molekyle gennemgår overgangen mellem spin- og energimæssigt forskellige tilstande for at producere de overordnede egenskaber, som vi ønskede. Specifikt, ved at justere energiniveauet, vores materiale kan bruge termisk opkonverteringssystem til at producere RTP."

Forskerne opnåede en høj grad af kontrol over energiniveauerne gennem omhyggelig udvælgelse af værtsmaterialet, som emittermolekylet blev imprægneret i - hvilket muliggjorde termisk aktiveret overgang af den energimæssigt laveste triplet exciterede tilstand til den højere triplettilstand af emittermolekylerne til at bestråle ren RTP på en effektiv måde. SiAz-materialet blev med succes brugt i en enhed, der opnåede en ekstern kvanteeffektivitet på 4 %, hvilket er det bedst rapporterede til dato for en tung-atom-fri OLED baseret på RTP.

"Vi håber, at yderligere bestræbelser på at forstå struktur-egenskabsforholdet for disse hybridsystemer vil give os mulighed for at identificere klare designprincipper fremadrettet, Takeda forklarer. "Anvendelse af den kontrol, vi har demonstreret, forventes at føre til den udbredte tilgængelighed af tung-atom-fri OLED-produkter og højopløselige bio-billeddannelsesmidler, der er bæredygtige og omkostningseffektive."