Сотрудники исследовательского центра OPERA (Organic Photonics and Electronics Research) университета Кюсю в Японии создали новый светоизлучающий материал для органических светодиодов. Материал, относящийся к категории флуоресцентных, характеризуется внутренней квантовой эффективностью, близкой к 100%. При этом в нем не используются редкоземельные элементы. Сообщение о достижении японских ученых в этом месяце опубликовал журнал Nature.
В OLED можно использовать фосфоресцентные и флуоресцентные материалы, различающиеся принципом светоизлучения. В случае флуоресцентных материалов рекомбинация, сопровождающаяся излучением света, происходит только при переходе синглетного экситона в основное состояние. Напомним, экситоном называют квазичастицу, представляющую собой электронное возбуждение, которое можно представить в виде связанного состояния электрона проводимости и дырки. В фосфоресцентных материалах в излучении света принимают участие и триплетные экситоны, энергия которых во флуоресцентных материалах рассеивается в виде тепла.
Учитывая, что соотношение синглетных и триплетных экситонов равно 1:3, принято считать, что максимальная квантовая эффективность флуоресцентных материалов равна 25%, а фосфоресцентных — 100%.
По этой причине в OLED чаще используются именно фосфоресцентные материалы, исключая материалы с синим цветом свечения. Однако у них есть недостатки. Первый — высокая стоимость, обусловленная наличием в составе материалов редкоземельных элементов. Второй — все основные патенты в этой области принадлежат компании Universal Display Corp (UDC), что ограничивает возможность использования таких материалов. Третий — короткий срок службы материалов с синим цветом свечения, недостаточный для практического использования.
Сотрудники OPERA решили проблему, используя принцип, получивший название «отложенная флуоресценция под действием температуры» (TADF). В новом материале свет излучают только синглетные экситоны, что позволяет отнести его к категории флуоресцентных, но триплетные экситоны тоже задействуются — путем нагрева их удается перевести в синглетное состояние. Другими словам, практически все экситоны удается задействовать для излучения света. Ученым уже удалось получить показатель внутренней квантовой эффективности более 90%.
Возможность практического применения разработки подтверждена демонстрацией прототипов дисплеев OLED на новом материале. Внешняя квантовая эффективность дисплея — 19% и более, что эквивалентно внешней квантовой эффективности дисплея на фосфоресцентном материале. Как известно, внутренняя квантовая эффективность характеризует сам процесс излучения за счет рекомбинации, а во внешней учтены потери, связанные с выводом излучения из светодиода.
По словам участников проекта, удалось получить «большинство цветов, включая синий». Материал с зеленым цветом свечения характеризуется максимальной эффективностью.
О перспективах коммерциализации разработки пока данных нет.