Met behulp van een nieuwe combinatie van emittermoleculen, onderzoekers in Japan hebben de belofte aangetoond van een nieuwe aanpak om een ​​grote uitdaging aan te gaan waarmee beeldschermen worden geconfronteerd met behulp van organische lichtgevende diodes:een blauwe lichtbron die overeenkomt met de uitstekende prestaties van rode en groene.

Door energieomzettings- en emissieprocessen te splitsen tussen twee moleculen, de onderzoekers bereikten apparaten die zuiver blauwe emissie produceren met een hoge efficiëntie, helderheid relatief lang behouden, en zonder dure metaalatomen - een reeks eigenschappen die tot nu toe moeilijk gelijktijdig te verkrijgen was.

Geprezen om hun levendige kleuren en het vermogen om dunne en zelfs flexibele apparaten te vormen, organische lichtemitterende diodes, of kortweg OLED's, gebruik koolstofhoudende moleculen om elektriciteit om te zetten in licht. In tegenstelling tot LCD-technologieën die vloeibare kristallen gebruiken om selectief emissie te blokkeren van een gefilterde achtergrondverlichting die veel pixels bedekt, de aparte rode, groene en blauwe emitterende pixels van een OLED-scherm kunnen afzonderlijk worden in- en uitgeschakeld, diepere zwarttinten produceren en het stroomverbruik verminderen.

Echter, Vooral blauwe OLED's waren een knelpunt op het gebied van efficiëntie en stabiliteit.

"Er bestaat een groeiend aantal opties voor rode en groene OLED's met uitstekende prestaties, maar apparaten die hoogenergetisch blauw licht uitstralen, vormen een grotere uitdaging, met compromissen die zich bijna altijd voordoen tussen efficiëntie, kleur zuiverheid, kosten en levensduur, " zegt Chin-Yiu Chan, een onderzoeker aan het Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) van de Kyushu University en auteur van de studie die de resultaten rapporteert in Natuurfotonica .

Terwijl stabiele blauwe emitters op basis van een proces dat bekend staat als fluorescentie vaak worden gebruikt in commerciële displays, ze hebben last van een laag maximaal rendement. Zogenaamde fosforescerende emitters kunnen een ideaal kwantumrendement van 100% bereiken, maar ze vertonen over het algemeen een kortere operationele levensduur en vereisen een duur metaal zoals iridium of platina.

Als een alternatief, OPERA-onderzoekers hebben moleculen ontwikkeld die licht uitstralen op basis van het proces van thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentie, gewoonlijk afgekort als TADF, die een uitstekende efficiëntie kan bereiken zonder het metaalatoom, maar vaak een emissie vertoont die een breder scala aan kleuren bevat.

"De reeks kleuren die een display kan produceren, is direct gerelateerd aan de zuiverheid van het rood, groente, en blauwe pixels, " legt Chihaya Adachi uit, directeur van OPERA. "Als blauwe emissie niet puur is met een smal spectrum, filters zijn nodig om de kleurzuiverheid te verbeteren, maar dit verspilt uitgestoten energie."

Takuji Hatakeyama's groep aan de Kwansei Gakuin University rapporteerde onlangs een veelbelovend pad om het zuiverheidsprobleem te overwinnen op basis van een uniek moleculair ontwerp voor een zeer efficiënte, puur blauwe TADF-zender, maar het molecuul ν-DABNA, degradeert snel onder bedrijf.

In samenwerking met Hatakeyama, de OPERA-onderzoekers hebben nu ontdekt dat de levensduur aanzienlijk kan worden verbeterd terwijl toch een nauwe emissie wordt verkregen door ν-DABNA te combineren met een extra TADF-molecuul dat bij OPERA is ontwikkeld als tussenproduct, snelle energieomzetter.

"Driekwart van de elektrische ladingen vormen samen energietoestanden die triplets worden genoemd in OLED's, en TADF-moleculen kunnen deze niet-emitterende drielingen omzetten in lichtemitterende singlets, " legt Masaki Tanaka uit, een OPERA-onderzoeker die nauw samenwerkte met Chan aan het onderzoek.

"Echter, ν-DABNA is wat traag in het omzetten van de hoogenergetische tripletten, die vaak een rol spelen bij degradatie. Om sneller van de gevaarlijke drieling af te komen, we hebben een intermediair TADF-molecuul opgenomen dat drielingen sneller in singlets kan omzetten."

Hoewel het intermediaire molecuul snel drielingen in singlets omzet, het heeft een breed emissiespectrum en produceert een hemelsblauwe emissie. Niettemin, de tussenpersoon kan veel van zijn singlets in een hoogenergetische toestand overbrengen naar ν-DABNA voor snelle en zuivere blauwe emissie.

"Vergeleken met de meeste emittenten, de golflengten die ν-DABNA kan absorberen, liggen zeer dicht bij de kleur die het uitzendt. Deze unieke eigenschap maakt het mogelijk om veel van de energie van de brede emissie-intermediair te ontvangen en toch een puur blauwe, " zegt Chan.

Met behulp van deze benadering met twee moleculen, wat hyperfluorescentie wordt genoemd, de onderzoekers bereikten een langere operationele levensduur bij hoge helderheid dan eerder werd gerapporteerd voor zeer efficiënte OLED's met een vergelijkbare kleurzuiverheid.

"Dat dit soort benadering de levensduur van puur blauwe emissie van een molecuul dat we eerder hebben ontwikkeld, kan verlengen, is echt opwindend, ' zegt Hatakeyama.

Het aannemen van een tandemstructuur die in feite twee apparaten op elkaar stapelt, in wezen een verdubbeling van de emissie voor dezelfde elektrische stroom, levensduur bijna verdubbeld bij hoge helderheid, en de onderzoekers schatten dat apparaten meer dan 10 jaar 50% van hun helderheid kunnen behouden, 000 uur bij meer gematigde intensiteiten.

"Hoewel dit nog te kort is voor praktische toepassingen, strengere controle van fabricagevoorwaarden leidt vaak tot nog langere levensduur, dus deze eerste resultaten wijzen op een veelbelovende toekomst voor deze benadering om eindelijk een efficiënte en stabiele zuiver blauwe OLED te verkrijgen, ' zegt Adachi.

"In de nabije toekomst, Ik hoop dat blauwe hyperfluorescentie-OLED's de huidige blauwe OLED's kunnen vervangen voor ultrahoge-definitieschermen. ’ voegt Chan eraan toe.