Een onderzoeksteam stelt een nieuw ontwerp voor in diepblauwe organische lichtemitterende diodes (OLED) dat een reeks zeer efficiënte luminescerende verbindingen realiseert die nauw aansluiten bij de BT.2020 blauwlichtstandaard. Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Materials.

OLED-technologie, gekenmerkt door zijn uitstekende eigenschappen, vindt wijdverbreide toepassing op smartphoneschermen. Lichtgevende materialen spelen een cruciale rol in OLED-apparaten en beïnvloeden hun efficiëntie, kleurzuiverheid en levensduur. De zoektocht naar materialen met blauw licht is bijzonder belangrijk omdat ze niet alleen essentieel blauw licht leveren voor weergave en verlichting, maar ook de opwekking van rood en groen licht vergemakkelijken.

Het huidige doel van de weergavetechnologie is het bereiken van de BT.2020 ultra-high definition (UHD) kleurengammastandaard, waarbij standaard kleurcoördinaten (CIE) voor blauw licht worden gespecificeerd als (0,131, 0,046) om te voldoen aan de eisen van UHD 4K/8K-schermen . Dit brengt nieuwe uitdagingen met zich mee bij het ontwerpen van blauw lichtgevende materialen.

Onderzoekers introduceerden een innovatieve strategie door meerdere carbazooldonorgroepen op te nemen in de elektronenacceptoreenheden van het meervoudige resonantie (MR) type. Het ontwerp verleende niet alleen smalbandige ladingsoverdracht-aangeslagen toestanden over korte afstand aan de blauwlichtmoleculen, maar verminderde ook het verschil in energieniveau tussen de singlet- en triplettoestanden van het molecuul.

De doeltreffendheid van dit ontwerp werd verder bevestigd door theoretische berekeningen, die de kenmerken aantoonden van aangeslagen toestanden met ladingsoverdracht op korte afstand voor elektronenacceptoreenheden van het MR-type en de vorming van aangeslagen toestanden met ladingsoverdracht over lange afstand. Structurele relaxatie in de aangeslagen toestand werd effectief onderdrukt door de aangeslagen toestand met ladingsoverdracht op korte afstand, waardoor smalbandige emissie van diepblauw licht werd bereikt.

Ondertussen hebben onderzoekers het verschil in energieniveau tussen de singlet- en triplettoestanden van het molecuul verkleind door middel van de aangeslagen toestand van ladingsoverdracht over lange afstand, waardoor de spin-baankoppeling werd verbeterd en de omgekeerde intersysteemkruisingssnelheid van het molecuul aanzienlijk werd verhoogd.

Bovendien voorkwamen de sterische hindereffecten die werden veroorzaakt door de introductie van meerdere carbazooldonorgroepen effectief de aggregatie van MR-acceptoreenheden, waardoor het molecuul de smalbandige emissie van diepblauw licht kon behouden.

OLED-apparaten op basis van het 5Cz-BO-molecuul bereikten een maximale externe kwantumefficiëntie van 22,8% en een CIE-waarde van (0,163, 0,046), wat nauw aansluit bij de huidige BT.2020 blauwlichtstandaard. Bovendien maakte de hoge kruissnelheid tussen systemen van 5Cz-BO het gebruik ervan als sensibilisator mogelijk, wat resulteerde in een maximale externe kwantumefficiëntie van 33,1% voor gesensibiliseerde apparaten.

Het onderzoek is klaar om het knelpunt te overwinnen bij het bereiken van optimale kleurzuiverheid en efficiëntie voor diepblauwe OLED-apparaten, cruciaal voor toekomstige UHD 4K/8K-weergavetechnologieën.

Het onderzoeksteam werd geleid door prof. Cui Linsong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC), in samenwerking met andere onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en de Beijing Information Science and Technology University.

Meer informatie: Rui-Zhi An et al., Excited-state engineering maakt efficiënte diepblauwe lichtgevende diodes mogelijk met BT.2020-kleurengamma, Geavanceerde materialen (2024). DOI:10.1002/adma.202313602

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China