Японским учёным удалось продемонстрировать высокоэффективное фосфоресцирующее OLED-устройство (органический светоизлучающий диод), созданное без использования редких металлов. Прибор разработан в Научно-исследовательском центре органической фотоники и электроникиУниверситета острова Кюсю.

По словам разработчиков, диод демонстрирует внешнюю квантовую эффективность выше 5%, что считается уникальным показателем для фосфоресцирующих OLED-устройств, которые не содержат редких металлов. Подробности создания оптоэлектронного прибора описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Схема механизма излучения света с учётом обратного кроссинга (иллюстрация Chihaya Adachi / OPERA).

Фосфоресцирующие органические диоды притягивают к себе особое внимание ввиду теоретически возможного достижения 100-процентного уровня внутренней квантовой эффективности (формирование экситонов). Но традиционные фосфоресцирующие материалы для OLED намного дороже обычных люминесцентных, поскольку содержат редкие металлы, такие как иридий (Ir). Отсюда очевидна потребность в создании фосфоресцирующих материалов, не содержащих слишком дорогих компонентов.

В предложенном японцами механизме светоизлучения возбуждённое триплетное состояние (T1) конвертируется в возбуждённое синглетное (S1) . Однако первоначальная эффективность такой конверсии оставляла желать много лучшего.

Для увеличения эффективности межуровневой конверсии исследователи разработали метод снижения энергетического барьера со 100 до 50 мэВ при переходе с уровня T1 на S1, что позволило достичь эффективности конверсии в 86,5%. Для этого в структуре были применены подходящие по энергетическим уровням электрон-донорные и электрон-акцепторные молекулы соответственно. Свет излучался благодаря электронным переходам между молекулами этих типов. В итоге энергетическая запрещённая зона была уменьшена вдвое.

Структуры электрон-донорного (m-MTDATA) и электрон-акцепторного (t-Bu-PBD) веществ, которые обеспечили высокий выход обратного внутрисистемного кроссинга (86,5%) между неизлучающим триплетным и излучающим синглетным возбуждёнными состояниями.

Впрочем, если разобраться, ничего нового японцы не показали. Для сближения энергетических уровней донора и акцептора использовались «подходящие молекулы» — прекрасно, но разве стоило использовать неподходящие? Ну и главное: всё это уже давно было проделано в люминесцентных диодах; даже вещества, использованные в этой работе, те же самые, что применялись в 1998 году в люминесцентных OLED. Тогда же были сформулированы все основные принципы управления эффективностью электронных переходов. В данном случае «правильно подобранные» донорные (m-MTDATA) и акцепторные (t-Bu-PBD) молекулы обеспечили высокий выход обратного внутрисистемного кроссинга (86,5%) между неизлучающим триплетным и излучающим синглетным возбуждёнными состояниями, что влечёт за собой усиление электролюминесценции.