Utilizzando una nuova combinazione di molecole emettitrici, ricercatori in Giappone hanno dimostrato la promessa di un nuovo approccio per superare un'importante sfida che deve affrontare i display che utilizzano diodi organici a emissione di luce:una sorgente di luce blu che corrisponde alle eccellenti prestazioni di quelli rossi e verdi.

Suddividendo i processi di conversione ed emissione di energia tra due molecole, i ricercatori hanno realizzato dispositivi che producono emissioni di colore blu puro ad alta efficienza, mantenere la luminosità per tempi relativamente lunghi, e mancano di costosi atomi di metallo, un insieme di proprietà che finora è stato difficile ottenere contemporaneamente.

Acclamati per i loro colori vivaci e la capacità di formare dispositivi sottili e persino flessibili, diodi organici emettitori di luce, o OLED in breve, utilizzare molecole contenenti carbonio per convertire l'elettricità in luce. A differenza delle tecnologie LCD che utilizzano cristalli liquidi per bloccare selettivamente l'emissione da una retroilluminazione filtrata che copre molti pixel, il rosso separato, i pixel di emissione verde e blu di un display OLED possono essere attivati ​​e disattivati ​​individualmente, producendo neri più profondi e riducendo il consumo energetico.

Però, gli OLED blu in particolare sono stati un collo di bottiglia in termini di efficienza e stabilità.

"Esiste un numero crescente di opzioni per OLED rossi e verdi con prestazioni eccellenti, ma i dispositivi che emettono luce blu ad alta energia sono più una sfida, con compromessi che si verificano quasi sempre tra efficienza, purezza del colore, costo e durata, "dice Chin-Yiu Chan, ricercatore presso il Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) dell'Università di Kyushu e autore dello studio che riporta i risultati in Fotonica della natura .

Mentre gli emettitori blu stabili basati su un processo noto come fluorescenza sono spesso utilizzati nei display commerciali, soffrono di una bassa efficienza massima. I cosiddetti emettitori fosforescenti possono raggiungere un'efficienza quantica ideale del 100%, ma generalmente mostrano una vita operativa più breve e richiedono un metallo costoso come l'iridio o il platino.

In alternativa, I ricercatori di OPERA hanno sviluppato molecole che emettono luce in base al processo di fluorescenza ritardata attivata termicamente, comunemente abbreviato come TADF, che può raggiungere un'eccellente efficienza senza l'atomo di metallo ma presenta spesso un'emissione contenente una gamma di colori più ampia.

"La gamma di colori che un display può produrre è direttamente correlata alla purezza del rosso, verde, e pixel blu, " spiega Chihaya Adachi, direttore dell'OPERA. "Se l'emissione blu non è pura con uno spettro ristretto, sono necessari filtri per migliorare la purezza del colore, ma questo spreca energia emessa."

Il gruppo di Takuji Hatakeyama presso la Kwansei Gakuin University ha recentemente segnalato un percorso promettente per superare il problema della purezza basato su un design molecolare unico per un emettitore TADF blu puro, ma la molecola ν-DABNA, degrada rapidamente durante il funzionamento.

Collaborando con Hatakeyama, i ricercatori di OPERA hanno ora scoperto che la durata può essere notevolmente migliorata pur ottenendo un'emissione ridotta combinando ν-DABNA con un'ulteriore molecola TADF sviluppata presso OPERA come intermedio, convertitore di energia ad alta velocità.

"Tre quarti delle cariche elettriche si combinano per formare stati energetici chiamati triplette negli OLED, e le molecole TADF possono convertire queste triplette non emittenti in singoletti emettitori di luce, " spiega Masaki Tanaka, un ricercatore OPERA che ha lavorato a stretto contatto con Chan allo studio.

"Però, -DABNA è un po' lento nel convertire le triplette ad alta energia, che spesso giocano un ruolo nel degrado. Per sbarazzarsi più rapidamente delle pericolose terzine, abbiamo incluso una molecola TADF intermedia che può convertire più rapidamente le triplette in singolette".

Sebbene la molecola intermedia sia veloce nel convertire triplette in singoletti, ha un ampio spettro di emissione che produce un'emissione celeste. Ciò nonostante, l'intermediario può trasferire molti dei suoi singoletti in uno stato ad alta energia a ν-DABNA per un'emissione blu veloce e pura.

"Rispetto alla maggior parte degli emettitori, le lunghezze d'onda che -DABNA può assorbire sono molto vicine al colore che emette. Questa proprietà unica lo rende in grado di ricevere gran parte dell'energia dall'intermediario ad ampia emissione ed emettere ancora un blu puro, "dice Chan.

Utilizzando questo approccio a due molecole, che è stata chiamata iperfluorescenza, i ricercatori hanno ottenuto una durata operativa più lunga ad alta luminosità rispetto a quanto precedentemente riportato per OLED altamente efficienti con una purezza del colore simile.

"Che questo tipo di approccio possa prolungare la durata dell'emissione di blu puro da una molecola che abbiamo sviluppato in precedenza è davvero eccitante, "dice Hatakeyama.

Adottando una struttura in tandem che fondamentalmente impila due dispositivi uno sopra l'altro, sostanzialmente raddoppiando l'emissione per la stessa corrente elettrica, la durata è stata quasi raddoppiata ad alta luminosità, e i ricercatori hanno stimato che i dispositivi potrebbero mantenere il 50% della loro luminosità per oltre 10, 000 ore a intensità più moderate.

"Anche se questo è ancora troppo breve per le applicazioni pratiche, un controllo più rigoroso delle condizioni di fabbricazione spesso porta a durate ancora più lunghe, quindi questi risultati iniziali indicano un futuro molto promettente per questo approccio per ottenere finalmente un OLED blu puro efficiente e stabile, "dice Adachi.

"Nel futuro prossimo, Spero che gli OLED blu a iperfluorescenza possano sostituire gli attuali OLED blu per display ad altissima definizione, "aggiunge Chan.