Исследователи из Центра исследований органической фотоники и электроники (OPERA) университета Кюсю продемонстрировали, что молекула, слегка изменяющая свою химическую структуру до и после излучения, может достичь высокой эффективности в органических светодиодах (OLED).Помимо создания ярких цветов, из OLED-дисплеев можно изготовить все, от крошечных пикселей до больших и гибких панелей, что делает их чрезвычайно привлекательными для дисплеев и освещения.В OLED электрические заряды, вводимые в тонкие пленки органических молекул, объединяются, образуя пакеты энергии, называемые экситонами, которые могут производить световое излучение.Цель состоит в том, чтобы преобразовать все экситоны в свет, но три четверти созданных экситонов — это триплеты, которые не производят свет в обычных материалах, а оставшаяся одна четверть — синглеты, которые излучают посредством процесса, называемого флуоресценцией.
Включение в молекулу редкого металла, такого как иридий или платина, может обеспечить быстрое излучение триплетов за счет фосфоресценции, которая в настоящее время является доминирующей технологией для высокоэффективных OLED.Альтернативным механизмом является использование тепла в окружающей среде для придания триплетам энергии, достаточной для превращения их в светоизлучающие синглеты.Этот процесс, известный как термически активируемая замедленная флуоресценция (TADF), легко протекает при комнатной температуре в молекулах соответствующей конструкции и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что позволяет избежать затрат и ограничить свободу молекулярного дизайна, связанного с редкими металлами.
Однако для большинства молекул ТАДФ по-прежнему используется один и тот же базовый подход к дизайну.«Каждый месяц сообщается о многих новых молекулах ТАДФ, но мы продолжаем видеть тот же основной дизайн с электронодонорными группами, связанными с электронно-акцепторными группами», — говорит Масаши Мамада, ведущий исследователь исследования, сообщающий о новых результатах.
«Обнаружение принципиально различных молекулярных конструкций, которые также демонстрируют эффективный TADF, является ключом к открытию новых свойств, и в этом случае мы нашли один, посмотрев на прошлое с новой точки зрения».В настоящее время в основном используются комбинации донорных и принимающих единиц, поскольку они обеспечивают относительно простой способ перемещать электроны в молекуле и получать условия, необходимые для TADF.
Хотя этот метод эффективен и возможно огромное разнообразие комбинаций, все еще требуются новые стратегии в поисках идеальных или уникальных излучателей.Механизм, исследованный исследователями на этот раз, включает обратимый перенос атома водорода — технически только его положительного ядра — от одного атома в излучающей молекуле к другому в той же молекуле, чтобы создать расположение, способствующее TADF.Этот перенос происходит спонтанно, когда молекула возбуждается оптической или электрической энергией, и известен как внутримолекулярный перенос протона в возбужденном состоянии (ESIPT).
Этот процесс ESIPT настолько важен для исследуемых молекул, что квантово-химические расчеты исследователей показывают, что TADF невозможен до переноса водорода.После возбуждения водород быстро переходит к другому атому в молекуле, что приводит к молекулярной структуре, способной к ТАДФ.Водород возвращается к своему исходному атому после того, как молекула излучает свет, и тогда молекула готова повторить процесс.
Хотя ранее сообщалось о ТАДФ из молекулы ESIPT, это первая демонстрация высокоэффективного ТАДФ, наблюдаемого внутри и снаружи устройства.Эта совершенно другая стратегия проектирования открывает двери для достижения TADF с множеством новых химических структур, которые не были бы рассмотрены на основе предыдущих стратегий.
Интересно, что молекула, которую использовали исследователи, скорее всего, вызвала разочарование, когда ее впервые синтезировали почти 20 лет назад химики, надеясь создать новый пигмент, только чтобы обнаружить, что молекула бесцветна.«Органические молекулы никогда не перестают меня удивлять, — говорит профессор Чихая Адачи, директор OPERA. «Существует множество путей с разными преимуществами и недостатками для достижения одной и той же цели, и мы все еще лишь нацарапали поверхность того, что возможно».Преимущества этой стратегии проектирования только начинают изучаться, но одна особенно многообещающая область связана со стабильностью.Молекулы, подобные исследованной, известны своей высокой устойчивостью к деградации, поэтому исследователи надеются, что эти виды молекул могут помочь продлить срок службы OLED.
Чтобы проверить, так ли это, сейчас проводятся испытания.Пока только время покажет, насколько далеко зайдет эта конкретная стратегия, постоянно растущие варианты для излучателей OLED, безусловно, сулит хорошие перспективы для их будущего.