Organiska lysdioder (OLED) används i stor utsträckning inom displayteknik och undersöks även för belysningstillämpningar. En omfattande förståelse av dessa enheter är därför viktig för att deras egenskaper ska kunna utnyttjas till sin fulla potential. Forskare från University of Tsukuba har direkt observerat den fotoexciterade elektrondynamiken i en organisk film med hjälp av tidsupplöst fotoelektronemissionsmikroskopi. Deras resultat publiceras i Avancerat optiskt material .

OLED-skärmar är populära eftersom de är ljusa, lättvikt, och förbrukar inte mycket ström. Deras uteffekt genereras när en exciton - en kombination av en elektron och ett elektronhål - frigör sin energi. Dock, denna utgåva är inte möjlig för alla OLED-excitoner, vilket gör deras totala effektivitet låg.

För att komma till rätta med denna begränsning, forskare fokuserar på OLED som uppvisar termiskt aktiverad fördröjd fluorescens (TADF-OLED), som visar verkningsgrader på upp till 100 %.

Dock, detaljer om elektrondynamiken som påverkar deras prestanda är inte helt klarlagda. Försök att lära sig mer har använt dåligt definierade modeller, vilket innebär att fynden har varit svåra att tolka och tillämpa på andra system.

Forskarna fokuserade på en enkomponent, solid state-film av ett material känt som 4CzIPN och undersökte det med tidsupplöst fotoemissionselektronmikroskopi (TR-PEEM). De jämförde sina fynd med observationer gjorda med den mer vanligt använda metoden med tidsupplöst fotoluminescens (TR-PL) för att försöka fastställa detaljer om sönderfallsprocessen som tidigare var okända.

"Filmer i fast tillstånd är utmärkta material för OLED eftersom de gör enhetens tillverkning enklare, minska nedbrytningen som ofta ses, och uppvisar utmärkt kvanteffektivitet, " förklarar studiens motsvarande författare professor Yoichi Yamada. "Problemet är att vi fortfarande inte helt förstår vad som händer med excitonerna, så det finns möjlighet att vi kan göra dem ännu bättre."

Forskarna upptäckte framgångsrikt den fotoexciterade elektrondynamiken hos TADF-solid-state-filmen med hjälp av TR-PEEM. Och genom att jämföra med TR-PL-resultaten identifierade de långlivade elektroner som de tror bildades genom dissociation av excitoner.

De fann att upp till 4% av de bildade excitonerna kan dissociera och fastna i filmen. Mycket få bevis för detta har noterats med hjälp av andra tekniker.

"Förutom att detektera ett särdrag av excitonavfall i TADF-OLEDs som inte har observerats direkt hittills, visade vi också potentialen hos TR-PEEM-metoden, " Professor Yamada förklarar. "Vi tror att våra resultat kommer att ge ett betydande bidrag till utvecklingen av effektiva OLED-baserade produkter."