Нові хімічні сполуки, які можна використовувати як випромінювачі світла в OLED, запропонувала команда польських вчених. Їхні дослідження наближають нас до більш ефективних дисплеїв відповідно до тенденції стійких технологій, особливо в портативній електроніці, повідомляє Інститут фізичної хімії PAS.
Ілюстраційні дисплеї супроводжують нас на кожному кроці. Вони встановлюються в основному в портативні пристрої і набули такої популярності, що ще кілька десятиліть тому в це було неможливо повірити. До початку минулого десятиліття більшість пристроїв покладалися на рідкокристалічні дисплеї (LCD), які мали такі обмеження, як зміна поляризації світла через орієнтацію рідкого кристала під впливом електричного поля. Через те, що рідкокристалічні дисплеї не виробляють, а лише фільтрують світло, вони, як правило, мають низький контраст і, отже, розмите зображення. З іншого боку, дисплеї на основі OLED випромінюють світло без додаткового підсвічування. Тому вони можуть бути тоншими та легшими та досягати більшої контрастності, – пояснюють у прес-релізі спеціалісти Інституту фізичної хімії Польської академії наук (IPC PAS).
Випромінювання світла в OLED викликається шаром органічного напівпровідника, розміщеним між двома електродами, один з яких прозорий і легко пропускає світло. Колір випромінюваного світла залежить від складу напівпровідникового шару, оскільки різні хімічні сполуки, т.зв. випромінювачі дають інший колір.
«Сьогодні широко використовуваними випромінювачами є гетероароматичні сполуки та поліароматичні вуглеводні (ПАВ), які створюють світлове випромінювання, але ціною низької чистоти кольору. Крім того, багато з цих сполук демонструють погану хімічну та термічну стабільність, що скорочує термін служби пристрою та також сприяє високим витратам на виробництво. Тому, хоча OLED виконують свою роль в дисплеях, ще багато чого потрібно зробити”, – йдеться в інформації Інституту.
Перед обличчям проблем у вдосконаленні OLED вчені з трьох провідних науково-дослідних установ Польщі: вищезгаданого IPC PAS, Інституту органічної хімії Польської академії наук у співпраці з дослідниками з Сілезького технологічного університету запропонували нові хімічні сполуки. використовувати як випромінювачі. Консорціум був ініційований доктором Марчіном Лінднером з Інституту органічної хімії Польської академії наук.
У рамках дослідження була розроблена серія потенційних нових випромінювачів на основі ароматичних сполук, що віддають і приймають електрони, т.зв. донорів і акцепторів, об’єднаних в антиароматичне семичленне кільце. Цей дизайн був натхненний спостереженням, що багато існуючих випромінювачів мають прямий зв’язок між групами донорів і акцепторів.
Однак, що сталося б – ми читаємо в інформації IPC PAS – якби натомість молекули донора та акцептора були з’єднані антиароматичним кільцем? Так само було обрано електронодонорну групу: легована азотом (також відома як N-легована) частина ПАУ. Присутність азоту змушує молекулярний скелет приймати дещо увігнуту геометрію, подібну до корита, що допомагає зменшити небажані взаємодії між послідовними молекулами в конденсованій фазі.
Доктор Лінднер каже: «Базова конструкція наших ПАУ, легованих азотом, виявилася досить гнучкою, а їхні властивості дуже чутливі до конкретної донорно-акцепторної системи. Наприклад, ми можемо порівняти механізм випромінювання між термічно активованою затримкою флуоресценції. (TADF) і фосфоресценції при кімнатній температурі (RTP). Це дає нам високий ступінь контролю над профілем випромінювання світла».
Потім група проф. Przemysław Data з Сілезького технологічного університету, який вивчав оптичні та електронні властивості запропонованих випромінювачів. Дослідники записали спектри випромінювання нових семициклічних сполук за різних умов, вимірявши енергії збуджених станів.
Крім того, група виготовила прототип OLED, який містив нові сполуки, і виміряв їх зовнішню квантову ефективність (EQE). Дивно, але виявилося, що найефективніший випромінювач з добавками N на основі ПАУ досяг EQE 12%. вище, ніж у існуючих донорно-акцепторних випромінювачів аналогічного типу.
Експериментальна робота була розширена квантово-хімічними розрахунками групою під керівництвом д-ра. Адам Кубас, хімік з Інституту фізичної хімії Польської академії наук. Доктор Кубас та його група провели розширене комп’ютерне моделювання структур ПАУ, легованих N, та їхніх властивостей. Розрахунки дозволили отримати точну інтерпретацію спектрів досліджуваних випромінювачів, що було б неможливо на основі лише експериментальних результатів.
“З точки зору електронної структури, нові випромінювачі є досить екзотичними. Наявність семичленного кільця між донорною та акцепторною групами частково розділяє їх, що, у свою чергу, дає дуже малі, хоча все ще позитивні, синглетно-триплетні енергетичні проміжки, полегшуючи випромінювання TADF», – пояснює Міхал Кохман, доцент у групі доктора Кубаса, цитований у прес-релізі.
Результати дослідження були опубліковані в Angewandte Chemie (але історія не закінчується статтею, оскільки дослідницький консорціум продовжує свої зусилля з розробки вдосконалених випромінювачів для енергозберігаючих OLED-дисплеїв. Команда повідомляє, що незабаром ми почуємо про друге покоління N -леговані випромінювачі з навіть кращими властивостями сполук, ніж ті, що зараз використовуються в мобільних пристроях.
«Високоякісна наука вимагає міждисциплінарного підходу. У нашому дослідницькому проекті тісна співпраця між хіміками-експериментаторами та теоретиками створила багатообіцяючі нові матеріали з чудовими оптоелектронними властивостями. Перш за все, ми змогли продемонструвати абсолютно нову парадигму дизайну для азоту з високим рівнем викидів. -легованих ПАУ», – підкреслив доктор Кубас.
PAP – Наука в Польщі
екр /
