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新方法有望突破OLED显示器使用中的蓝色发射瓶颈

2021-1-8 11:27| 发布者: vantsing| 查看: 93| 评论: 0

摘要: 日本九州大学研究人员开发的高效纯蓝色有机发光二极管(OLED)正在测试其使用寿命。基于使用双分子发光过程的超荧光技术,OLED发出纯蓝色的光束,与其他高效器件相比,寿命显著提高,而且全部不使用昂贵的金属原子。 ...

日本九州大学研究人员开发的高效纯蓝色有机发光二极管(OLED)正在测试其使用寿命。基于使用双分子发光过程的超荧光技术,OLED发出纯蓝色的光束,与其他高效器件相比,寿命显著提高,而且全部不使用昂贵的金属原子。图片提供:九州大学田中正树

 

日本研究人员使用发射器分子的新组合,展示了一种新方法,该方法有望克服使用有机发光二极管的显示器面临的主要挑战:蓝光源与红,绿光源的出色性能相匹配。

 

通过拆分两个分子之间的能量转换和发射过程,研究人员获得了能够高效产生纯蓝色发射,保持相对较长时间的亮度并且不需要任何昂贵的金属原子的设备,而这是迄今为止很难同时实现的一组特性。

 

有机发光二极管或简称OLED ,因其鲜艳的色彩和能形成轻薄甚至柔韧器件的能力而广受赞誉,它使用含碳分子将电转化为光。与采用液晶的LCD技术不同,LCD技术选择性地阻挡覆盖了许多像素的过滤背光的发射,而OLED显示器的单独的红色,绿色和蓝色发光像素可以分别打开和关闭,从而产生更深的黑色并降低功耗。

 

然而,蓝色OLED在效率和稳定性方面一直是一个瓶颈。

Chin-Yiu表示:“具有出色性能的红色和绿色OLED的选择越来越多,但是发出高能蓝光的设备更具挑战性,在效率,色纯度,成本和使用寿命之间几乎总是要权衡取舍。” Chan是九州大学有机光子学和电子学研究中心(OPERA)的研究员,也是该研究的作者,他在《自然光子学》中报告了该结果。

 

虽然基于荧光过程的稳定蓝色发射器经常用于商业显示器,但它们的最大效率低。所谓的磷光发射器可以实现100%的理想量子效率,但是它们通常显示出较短的工作寿命,并且需要昂贵的金属,例如铱或铂。

 

作为替代方案,OPERA研究人员一直在开发基于热激活延迟荧光(通常缩写为TADF)过程的发光分子,这种分子在没有金属原子的情况下可以实现出色的效率,但通常会发出包含更多颜色的发光。

 

“显示器可以产生的色彩范围与红色,绿色和蓝色像素的纯度直接相关,” OPERA主任Chihaya Adachi解释说。如果蓝色发射的光谱不纯,那么就需要过滤器来提高色纯度,但这会浪费发射的能量。”

 

关西学院大学的畑山拓司(Takuji Hatakeyama)小组最近报告了一个有希望克服纯度问题的方法,该方法基于一种独特的高效纯蓝色TADF发射器的分子设计,但是这种ν-DABNA分子在操作下会迅速降解。

日本九州大学研究人员开发的有机发光二极管(OLED)发出的蓝光发射光谱窄且效率高。HDT-1分子迅速将不发光的三重态转换为单线态,并将能量转移到ν-DABNA进行纯蓝色发射。使用寿命远比迄今报道的高效纯蓝色OLED使用寿命长,这表明这种基于超荧光技术的方法有潜力克服显示器中使用的蓝色OLED所残留的问题。基本上将两个设备堆叠在一起的串联结构的使用进一步提高了颜色纯度和使用寿命。图片来源:九州大学OPERA

 

通过与Hatakeyama合作,OPERA研究人员现已发现,通过将ν-DABNAOPERA开发的作为中间高速能量转换器的附加TADF分子结合,可以大大提高使用寿命,同时仍然获得窄发射。

 

Chan紧密合作的OPERA研究员Masaki Tanaka解释说:“四分之三的电荷在OLED中结合在一起形成了称为三重态的能态,TADF分子可以将这些不发光的三重态转换为发光单重态。”

 

“但是,ν-DABNA转换高能三重态的速度有些慢,而三重态通常在降解中起作用。为了更快地消除危险的三重态,我们引入了一种中间TADF分子,该分子可以更快地将三重态转化为单重态。”

 

虽然中间分子能够快速地将三重态转化为单重态,但它的发射光谱很宽,会产生天蓝色发射。尽管如此,中间分子仍可以将其许多处于高能状态的单重态转移到ν-DABNA,以实现快速,纯净的蓝色发射。

 

“与大多数发射器相比,ν-DABNA可以吸收的波长非常接近其发射的颜色。这种独特的特性使其能够从宽发射媒介中吸收很多能量,并且仍然发出纯蓝色。”

 

利用这种被称为高荧光的双分子方法,研究人员在高亮度下实现了比先前报道的具有类似色纯度的高效OLED更长的工作寿命。

 

Hatakeyama说:“这种方法可以延长我们之前开发的纯蓝色分子的寿命,这真的很令人兴奋。”

 

采用串联结构,基本上将两个设备堆叠在一起,对于相同的电流,其发射量实质上加倍,在高亮度下,寿命几乎增加了一倍,研究人员估计,设备可以在较中等强度下保持50%的亮度超过10000小时

 

“尽管对于实际应用而言这仍然太短了,但是严格控制制造条件通常会导致更长的使用寿命,因此这些初步结果为该方法最终获得高效稳定的纯蓝OLED指明了非常有前途的未来。”

 

Chan补充说:“我希望在不久的将来,蓝色超荧光OLED可以取代目前的蓝色OLED,用于超高清显示器。”



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