Hyperfluorescentie: lang leve de efficiënte, zuiverblauwe OLED

Hyperfluorescentie: lang leve de efficiënte, zuiverblauwe OLED

Een nieuwe benadering toont veelbelovend voor het overwinnen van het knelpunt van blauwe emissie in beeldschermen die organische lichtemitterende diodes gebruiken.

Met behulp van een nieuwe combinatie van emittermoleculen hebben onderzoekers in Japan de belofte aangetoond van een nieuwe benadering om eindelijk een grote uitdaging te overwinnen voor displays met organische lichtgevende diodes: een blauwe lichtbron die overeenkomt met de uitstekende prestaties van de rode en groene.

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

Geprezen om hun levendige kleuren en het vermogen om dunne en zelfs flexibele apparaten te vormen, organische lichtemitterende diodes of kortweg OLED’s, gebruiken koolstofhoudende moleculen om elektriciteit in licht om te zetten.

In tegenstelling tot LCD-technologieën die vloeibare kristallen gebruiken om selectief de emissie van een gefilterde achtergrondverlichting te blokkeren die vele pixels beslaat, kunnen de afzonderlijke rode, groene en blauwe emitterende pixels van een OLED-scherm afzonderlijk volledig worden in- en uitgeschakeld, waardoor diepere zwarttinten worden geproduceerd en het stroomverbruik wordt verminderd.

Vooral blauwe OLED’s waren echter een bottleneck op het gebied van efficiëntie en stabiliteit.

“Er is een groeiend aantal opties voor rode en groene OLED’s met uitstekende prestaties, maar apparaten die hoogenergetisch blauw licht uitstralen zijn een grotere uitdaging, met bijna altijd compromissen tussen efficiëntie, kleurzuiverheid, kosten en levensduur”, zegt Chin- Yiu Chan, een onderzoeker aan het Centre for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) van Kyushu University en auteur van de studie die de resultaten rapporteert in Nature Photonics.

Hoewel stabiele blauwe emitters gebaseerd op een proces dat bekend staat als fluorescentie vaak worden gebruikt in commerciële displays, hebben ze een lage maximale efficiëntie. Zogenaamde fosforescerende emitters kunnen een ideaal kwantumrendement van 100% bereiken, maar ze vertonen over het algemeen een kortere levensduur en vereisen een duur metaal zoals iridium of platina.

Als alternatief hebben OPERA-onderzoekers 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.

“Het kleurengamma dat een beeldscherm kan produceren, houdt rechtstreeks verband met de zuiverheid van de rode, groene en blauwe pixels”, legt Chihaya Adachi, directeur van OPERA, uit. “Als blauwe emissie niet zuiver is met een smal spectrum, zijn filters nodig om de kleurzuiverheid te verbeteren, maar dit verspilt de uitgestraalde energie.”

De groep van Takuji Hatakeyama aan de Kwansei Gakuin University rapporteerde onlangs een veelbelovend pad om het zuiverheidsprobleem te overwinnen, gebaseerd op een uniek moleculair ontwerp voor een zeer efficiënte, zuiverblauwe TADF-emitter, maar het molecuul, genaamd ν-DABNA, degradeert snel tijdens het gebruik.

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

“Driekwart van de elektrische ladingen vormen samen energietoestanden die tripletten worden genoemd in OLED’s, en TADF-moleculen kunnen deze niet-emitterende tripletten omzetten in lichtgevende 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 tripletten af ​​te komen, hebben we een tussenliggende TADF-molecule toegevoegd die tripletten sneller in singlets kan omzetten. “

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

“In vergelijking met de meeste emitters liggen de golflengten die ν-DABNA kan absorberen heel dicht bij de kleur die het afgeeft. Deze unieke eigenschap maakt het mogelijk om veel van de energie van de brede emissie tussenpersoon te ontvangen en toch een zuiver blauw uit te stralen, ”zegt Chan.

Met behulp van deze tweemoleculenbenadering, die hyperfluorescentie wordt genoemd, bereikten de onderzoekers een langere 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.

Door een tandemstructuur aan te nemen die in feite twee apparaten op elkaar stapelt om de emissie voor dezelfde elektrische stroom effectief te verdubbelen, werd de levensduur bijna verdubbeld bij hoge helderheid, en de onderzoekers schatten dat apparaten 50% van hun helderheid gedurende meer dan 10.000 uur konden behouden bij meer gematigde intensiteiten.

“Hoewel dit nog steeds te kort is voor praktische toepassingen, leidt een strengere controle van de fabricageomstandigheden vaak tot zelfs nog langere levensduren, dus deze eerste resultaten wijzen op een veelbelovende toekomst voor deze aanpak om eindelijk een efficiënte en stabiele zuiverblauwe OLED te verkrijgen”, zegt Adachi.

“In de nabije toekomst hoop ik dat blauwe hyperfluorescentie-OLED’s de huidige blauwe OLED’s kunnen vervangen voor ultra-high-definition beeldschermen”, voegt Chan eraan toe.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *