Organische light-emitting diodes (OLED's) worden veel gebruikt in displaytechnologie en worden ook onderzocht voor verlichtingstoepassingen. Een uitgebreid begrip van deze apparaten is daarom belangrijk om hun eigenschappen optimaal te benutten. Onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba hebben de foto-geëxciteerde elektronendynamiek in een organische film direct waargenomen met behulp van in de tijd opgeloste foto-elektronenemissiemicroscopie. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen .

OLED-schermen zijn populair omdat ze helder zijn, lichtgewicht, en verbruiken niet veel stroom. Hun output wordt gegenereerd wanneer een exciton - een combinatie van een elektron en een elektronengat - zijn energie vrijgeeft. Echter, deze release is niet mogelijk voor alle OLED-excitons, waardoor hun algehele efficiëntie laag is.

Om deze beperking aan te pakken, onderzoekers richten zich op OLED's die thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentie (TADF-OLED's) vertonen, die rendementen tot 100% laten zien.

Echter, details van de elektronendynamica die hun prestaties beïnvloeden, worden niet volledig begrepen. Pogingen om meer te leren hebben slecht gedefinieerde modellen gebruikt, wat betekent dat de bevindingen moeilijk te interpreteren en toe te passen zijn op andere systemen.

De onderzoekers concentreerden zich op een enkele component, vastestoffilm van een materiaal dat bekend staat als 4CzIPN en onderzocht het met behulp van tijdsopgeloste foto-emissie-elektronenmicroscopie (TR-PEEM). Ze vergeleken hun bevindingen met waarnemingen gedaan met behulp van de meer algemeen gebruikte time-resolved photoluminescence (TR-PL) -methode om te proberen details van het vervalproces vast te stellen die voorheen onbekend waren.

"Solid-state films zijn uitstekende materialen voor OLED's omdat ze het fabricageproces van het apparaat eenvoudiger maken, vermindering van de degradatie die vaak wordt gezien, en vertonen uitstekende kwantumefficiënties, ", legt de corresponderende auteur van de studie, professor Yoichi Yamada, uit. "Het probleem is dat we nog steeds niet volledig begrijpen wat er met de excitonen gebeurt, dus er is een mogelijkheid dat we ze nog beter kunnen maken."

De onderzoekers hebben met behulp van TR-PEEM met succes de foto-geëxciteerde elektronendynamiek van de TADF-vastestoffilm gedetecteerd. En door te vergelijken met TR-PL-resultaten identificeerden ze langlevende elektronen waarvan ze denken dat ze werden gevormd door de dissociatie van excitonen.

Ze ontdekten dat tot 4% van de gevormde excitonen kan dissociëren en vast komen te zitten in de film. Er is zeer weinig bewijs hiervoor gevonden met behulp van andere technieken.

"Naast het detecteren van een kenmerk van excitonverval in TADF-OLED's dat tot nu toe niet direct is waargenomen, hebben we ook het potentieel van de TR-PEEM-methode aangetoond, " Professor Yamada legt uit. "Wij geloven dat onze bevindingen een belangrijke bijdrage zullen leveren aan de ontwikkeling van efficiënte op OLED gebaseerde producten."