KIT verbetert het blauw van Oleds

Organische lichtgevende diodes (OLeds) worden gekenmerkt door hun energie-efficiëntie en flexibiliteit. Blauwe OLeds – zijn tot nu toe echter onvoldoende helder en stabiel. Het Karlsruher Institute of Technology (KIT) en de Universiteit van Shanghai hebben daar iets aan gedaan.

Een nieuw molecuul maakt een tweekanaals intra-/intermoleculaire exciplex-emissie met elektronische excitatie mogelijk en maakt zo diepblauwe elektroluminescentie mogelijk. Dat melden de onderzoekers in het vakblad Science Advances.

Organische lichtdioden zijn al te vinden in veel smartphones, tablets en grote televisies. Ze hebben geen extra achtergrondverlichting nodig en zijn daarom energie-efficiënt, kunnen goedkoop worden geproduceerd met behulp van dunne-filmtechnologie en werken ook op flexibele substraten, wat flexibele displays en variabele verlichtingsoplossingen voor de ruimte mogelijk maakt.

Een OLed bestaat uit twee elektroden, waarvan er minimaal één transparant is. Daartussen bevinden zich dunne lagen organische halfgeleidende materialen. De gloed komt van elektroluminescentie. Wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd, worden elektronen van de kathode en gaten (positieve ladingen) van de anode geïnjecteerd in de organische materialen die als emitters werken. Daar ontmoeten elektronen en gaten elkaar en vormen ze elektron-gatparen. Deze vervallen vervolgens tot hun oorspronkelijke staat, waarbij energie vrijkomt die de organische materialen gebruiken om licht uit te stralen. Alle kleurtonen ontstaan ​​door het mengen van blauw, groen en rood.

Waarom de kleur blauw voor problemen zorgt

Tot nu toe waren alleen de kleuren rood en groen beschikbaar voor commerciële toepassingen als fosforescerende, d.w.z. langer lichtgevende OLed’s. De kleur blauw is verkrijgbaar als fluorescerende OLeds die maar kort oplichten. Bij blauwe OLed’s is het moeilijk om een ​​hoge efficiëntie, hoge luminescentie en een lange levensduur te verenigen – de blauwe pixels schijnen zwakker of vervagen sneller dan de groene en rode pixels.

De onderzoekers produceerden een nieuw molecuul dat bestaat uit carbazool- en triazinefragmenten die zijn verbonden via een siliciumatoom (CzSiTrz). Wanneer de moleculen zich assembleren tot nanodeeltjes, treden intramoleculaire ladingoverdrachtsemissie en intermoleculaire exciplexluminescentie op bij elektronische excitatie, resulterend in tweekanaals intra/intermoleculaire exciplexemissie. Een exiplex is een elektronisch aangeslagen moleculair complex; de emissie ervan verschilt van de emissies van de aangeslagen enkelvoudige moleculen. “Met de Exciplex-strategie kan een diepblauwe elektroluminescentie worden bereikt omdat de energieniveaus van de elektronendonerende carbazoolfragmenten en de elektronenaccepterende triazinefragmenten onafhankelijk van elkaar kunnen worden aangepast”, zegt professor Stefan Bräse van het KIT.

Hoge externe kwantumefficiëntie en hoge luminantie

Het team slaagde er zo in om diepblauwe OLeds te creëren met een recordbrekende externe kwantumefficiëntie van 20,35 procent. De externe kwantumefficiëntie geeft de relatie aan tussen het veroorzaakte stralingsvermogen en het geleverde elektrische vermogen. Daarnaast halen deze OLeds een hoge luminantie van 5.000 candela per vierkante meter (cd/m²). Het waarneembare blauw heeft de coördinaten 0,157/0,076 op de standaardkleurenkaart van de International Commission on Illumination (CIE). “De gemakkelijke synthese van het molecuul en de eenvoudige fabricage van de componenten maken de weg vrij voor een nieuwe generatie efficiënte en duurzame diepblauwe OLeds”, zegt Bräse.