Blaues Licht ist für lichtemittierende Geräte, Beleuchtungsanwendungen sowie Smartphone-Bildschirme und Großbildschirme von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der für ihre Funktion erforderlichen hohen angelegten Spannung ist es jedoch eine Herausforderung, effiziente blaue organische Leuchtdioden (OLEDs) zu entwickeln. Herkömmliche blaue OLEDs benötigen typischerweise etwa 4 V für eine Leuchtdichte von 100 cd/m2. Dies liegt über dem industriellen Ziel von 3,7 V – der Spannung von Lithium-Ionen-Akkus, die üblicherweise in Smartphones verwendet werden. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung neuartiger blauer OLEDs, die bei niedrigeren Spannungen betrieben werden können.
In diesem Zusammenhang hat außerordentlicher Professor Seiichiro Izawa vom Tokyo Institute of Technology und der Universität Osaka mit Forschern der Universität Toyama, der Shizuoka-Universität und dem Institute for Molecular Science zusammengearbeitet. Das Team präsentierte kürzlich ein neuartiges OLED-Gerät mit einer bemerkenswert ultraniedrigen Einschaltspannung von 1,47 V für blaue Emission und einer Spitzenwellenlänge bei 462 nm (2,68 eV). Ihre Arbeit ist veröffentlicht in Naturkommunikation.
Die Wahl der in dieser OLED verwendeten Materialien beeinflusst maßgeblich ihre Einschaltspannung. Das Gerät verwendet NDI-HF (2,7-Di(9H-fluoren-2-yl)benzo).[lmn][3,8]-phenanthrolin-1,3,6,8(2H,7H)-tetraon) als Akzeptor, 1,2-ADN (9-(naphthalin-1-yl)-10-(naphthalin-2-yl)anthracen) als als Donor und TbPe (2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylen) als fluoreszierender Dotierstoff. Diese OLED funktioniert über einen Mechanismus namens Upconversion (UC). Dabei werden Löcher und Elektronen in Donorschichten (Emitter) bzw. Akzeptorschichten (Elektronentransport) injiziert. Sie rekombinieren an der Donor/Akzeptor-Grenzfläche (D/A) und bilden einen Ladungstransferzustand (CT).
Dr. Izawa bemerkt: „Die intermolekularen Wechselwirkungen an der D/A-Schnittstelle spielen eine wichtige Rolle bei der CT-Zustandsbildung, wobei stärkere Wechselwirkungen zu besseren Ergebnissen führen.“
Anschließend wird die Energie des CT-Zustands selektiv auf die niederenergetischen ersten angeregten Triplettzustände des Emitters übertragen, was durch die Bildung eines hochenergetischen ersten angeregten Singulettzustands durch Triplett-Triplett-Annihilation (TTA) zur Emission von blauem Licht führt. .
„Da die Energie des CT-Zustands viel niedriger ist als die Bandlückenenergie des Emitters, verringert der UC-Mechanismus mit TTA die angelegte Spannung, die zum Anregen des Emitters erforderlich ist, erheblich. Dadurch erreicht diese UC-OLED eine Leuchtdichte von 100 cd/m2, entspricht dem eines kommerziellen Displays, bei nur 1,97 V“, erklärt Dr. Izawa.
Tatsächlich produziert diese Studie effizient eine neuartige OLED mit blauer Lichtemission bei einer extrem niedrigen Einschaltspannung unter Verwendung eines typischen Fluoreszenzemitters, der häufig in kommerziellen Displays verwendet wird, und markiert damit einen bedeutenden Schritt zur Erfüllung der kommerziellen Anforderungen für blaue OLEDs. Es unterstreicht die Bedeutung der Optimierung des Designs der D/A-Schnittstelle zur Steuerung exzitonischer Prozesse und ist nicht nur für OLEDs, sondern auch für organische Photovoltaik und andere organische elektronische Geräte vielversprechend.
Mehr Informationen:
Blaue organische Leuchtdiode mit einer Einschaltspannung von 1,47 V, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41208-7