Genom att använda en ny kombination av emittermolekyler, Forskare i Japan har visat löftet om ett nytt tillvägagångssätt för att övervinna en stor utmaning som bildskärmar står inför med hjälp av organiska lysdioder:en blå ljuskälla som matchar den utmärkta prestandan hos röda och gröna.

Genom att dela upp energiomvandlings- och emissionsprocesser mellan två molekyler, forskarna uppnådde enheter som producerar renblå emission med hög effektivitet, bibehålla ljusstyrkan under relativt långa tider, och saknar några dyra metallatomer - en uppsättning egenskaper som hittills varit svåra att erhålla samtidigt.

Berömda för sina livfulla färger och förmåga att forma tunna och till och med flexibla enheter, organiska lysdioder, eller OLED för kort, använda kolhaltiga molekyler för att omvandla elektricitet till ljus. Till skillnad från LCD-tekniker som använder flytande kristaller för att selektivt blockera emission från en filtrerad bakgrundsbelysning som täcker många pixlar, den separata röda, grön och blå emitterande pixlar på en OLED -skärm kan slås på och av individuellt, producerar djupare svärta och minskar strömförbrukningen.

Dock, Blå OLED i synnerhet har varit en flaskhals när det gäller effektivitet och stabilitet.

"Det finns ett växande antal alternativ för röda och gröna OLED:er med utmärkt prestanda, men enheter som sänder ut högenergiblått ljus är mer av en utmaning, med avvägningar som nästan alltid förekommer mellan effektivitet, färgrenhet, kostnad och livslängd, "säger Chin-Yiu Chan, en forskare vid Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) och författare till studien som rapporterar resultaten i Naturfotonik .

Medan stabila blå sändare baserade på en process som kallas fluorescens ofta används i kommersiella skärmar, de lider av en låg maximal effektivitet. Så kallade fosforescerande strålare kan uppnå en idealisk kvanteffektivitet på 100 %, men de uppvisar i allmänhet kortare livslängder och kräver en dyr metall såsom iridium eller platina.

Som ett alternativ, OPERA-forskare har utvecklat molekyler som avger ljus baserat på processen med termiskt aktiverad fördröjd fluorescens, vanligtvis förkortat som TADF, som kan uppnå utmärkt effektivitet utan metallatomen men ofta uppvisar emission som innehåller ett bredare spektrum av färger.

"Utbudet av färger som en display kan producera är direkt relaterat till renheten i det röda, grön, och blå pixlar, " förklarar Chihaya Adachi, direktör för OPERA. "Om blå emission inte är ren med ett smalt spektrum, filter behövs för att förbättra färgrenheten, men detta slösar utgiven energi."

Takuji Hatakeyamas grupp vid Kwansei Gakuin University rapporterade nyligen en lovande väg att övervinna renhetsfrågan baserad på en unik molekylär design för en mycket effektiv, renblå TADF-sändare, men molekylen, v-DABNA, bryts snabbt ned under drift.

Samarbetar med Hatakeyama, OPERA-forskarna har nu funnit att livslängden kan förbättras avsevärt samtidigt som man fortfarande uppnår smal emission genom att kombinera ν-DABNA med en extra TADF-molekyl utvecklad vid OPERA som en mellanprodukt, höghastighets energiomvandlare.

"Tre fjärdedelar av elektriska laddningar kombineras för att bilda energitillstånd som kallas tripletter i OLED, och TADF-molekyler kan omvandla dessa icke-emitterande tripletter till ljusemitterande singletter, " förklarar Masaki Tanaka, en OPERA-forskare som arbetade nära Chan med studien.

"Dock, ν-DABNA är något långsam på att omvandla högenergitripletterna, som ofta spelar en roll vid nedbrytning. För att bli av med de farliga trillingarna snabbare, vi inkluderade en mellanliggande TADF -molekyl som snabbare kan omvandla trillingar till singlar. "

Även om den mellanliggande molekylen är snabb på att omvandla tripletter till singletter, den har ett brett emissionsspektrum som ger en himmelsblå emission. Ändå, mellanhanden kan överföra många av sina singletter i ett högenergitillstånd till ν-DABNA för snabb och ren blå emission.

"Jämfört med de flesta utsläppare, våglängderna som ν-DABNA kan absorbera är mycket nära den färg den avger. Denna unika egenskap gör att den kan ta emot mycket av energin från den breda utsläppsförmedlaren och ändå avge en ren blå färg, säger Chan.

Genom att använda detta tvåmolekylära tillvägagångssätt, som har kallats hyperfluorescens, forskarna uppnådde längre livslängder vid hög ljusstyrka än vad som tidigare rapporterats för högeffektiva OLED:er med liknande färgrenhet.

"Att den här typen av tillvägagångssätt kan förlänga livslängden för renblå emission från en molekyl vi tidigare utvecklat är verkligen spännande, säger Hatakeyama.

Att anta en tandemstruktur som i princip staplar två enheter ovanpå varandra, i huvudsak fördubbla emissionen för samma elektriska ström, livslängden nästan fördubblades vid hög ljusstyrka, och forskarna uppskattade att enheter kunde behålla 50 % av sin ljusstyrka i över 10, 000 timmar vid mer måttliga intensiteter.

"Även om detta fortfarande är för kort för praktiska tillämpningar, striktare kontroll av tillverkningsförhållanden leder ofta till ännu längre livslängd, så dessa initiala resultat pekar på en mycket lovande framtid för detta tillvägagångssätt för att äntligen få en effektiv och stabil renblå OLED, säger Adachi.

"Inom en snar framtid, Jag hoppas att blå hyperfluorescens OLED kan ersätta nuvarande blå OLED för ultrahögupplösta skärmar, " tillägger Chan.