Фосфоресцентный органический светодиод
Фосфоресцентные органические светодиоды ( PHOLED ) представляют собой тип органических светодиодов (OLED), в которых используется принцип фосфоресценции для получения более высокой внутренней эффективности, чем у флуоресцентных OLED. Эта технология в настоящее время разрабатывается многими промышленными и академическими исследовательскими группами.
Метод работы
[ редактировать ]
Как и все типы OLED, фосфоресцирующие OLED излучают свет за счет электролюминесценции слоя органического полупроводника в электрическом токе. Электроны и дырки инжектируются в органический слой на электродах и образуют экситоны — связанное состояние электрона и дырки.
Электроны и дырки являются фермионами с полуцелым спином . Экситон образуется в результате кулоновского притяжения между электроном и дыркой и может находиться либо в синглетном , либо в триплетном состоянии , в зависимости от спиновых состояний этих двух связанных частиц. По статистике существует 25% вероятность образования синглетного состояния и 75% вероятность образования триплетного состояния. [2] [3] Распад экситонов приводит к образованию света за счет спонтанного излучения .
В органических светодиодах, использующих только флуоресцентные органические молекулы, распад триплетных экситонов квантово-механически запрещен правилами отбора , а это означает, что время жизни триплетных экситонов велико, а фосфоресценцию наблюдать нелегко. Следовательно, можно было бы ожидать, что во флуоресцентных органических светодиодах только образование синглетных экситонов приводит к излучению полезного излучения, что устанавливает теоретический предел внутренней квантовой эффективности (процент образованных экситонов, которые приводят к испусканию фотона) в 25%. [4]
Однако фосфоресцирующие OLED генерируют свет как из триплетных, так и из синглетных экситонов, что позволяет внутренней квантовой эффективности таких устройств достигать почти 100%. [5]
Обычно этого достигают путем допирования молекулы-хозяина металлоорганическим комплексом . Они содержат атом тяжелого металла в центре молекулы, например платины. [6] которого или иридий, зеленый излучающий комплекс Ir(mppy) 3 является лишь одним из многих примеров. [1] Сильное спин-орбитальное взаимодействие, испытываемое молекулой из-за этого атома тяжелого металла, облегчает межкомбинационное пересечение - процесс, который смешивает синглетный и триплетный характер возбужденных состояний. Это уменьшает время жизни триплетного состояния, [7] [8] поэтому фосфоресценция легко наблюдается.
Приложения
[ редактировать ]Из-за потенциально высокого уровня энергоэффективности, даже по сравнению с другими OLED, PHOLED изучаются на предмет потенциального использования в дисплеях с большим экраном, таких как компьютерные мониторы или телевизионные экраны, а также для общего освещения. Одним из потенциальных вариантов использования PHOLED в качестве осветительных устройств является покрытие стен световыми панелями PHOLED большой площади. Это позволит всем комнатам светиться равномерно, а не требовать использования лампочек, которые неравномерно распределяют свет по комнате. Министерство энергетики США осознало потенциал огромной экономии энергии за счет использования этой технологии и поэтому заключило контракты на сумму 200 000 долларов США на разработку продуктов PHOLED для общего освещения. [9]
Проблемы
[ редактировать ]Одна из проблем, которая в настоящее время препятствует широкому внедрению этой высокоэнергоэффективной технологии, заключается в том, что средний срок службы красных и зеленых PHOLED часто на десятки тысяч часов больше, чем у синих PHOLED. Это может привести к тому, что дисплеи станут визуально искаженными гораздо раньше, чем это было бы приемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ян, X.; Неер, Д.; Хертель, Д.; Даублер, Т. (2004). «Высокоэффективные однослойные полимерные электрофосфоресцентные устройства» . Продвинутые материалы . 16 (2): 161. Бибкод : 2004АдМ....16..161Г . дои : 10.1002/adma.200305621 . S2CID 97006074 .
- ^ Браун, Арканзас; Пихлер, К.; Гринхэм, Северная Каролина; Брэдли, доктор медицинских наук; Друг, Р.Х.; Холмс, AB (1993). «Оптическая спектроскопия триплетных экситонов и заряженных возбуждений в поли(п-фениленвиниленовых) светодиодах». Письма по химической физике . 210 (1–3): 61–66. Бибкод : 1993CPL...210...61B . дои : 10.1016/0009-2614(93)89100-В .
- ^ Бальдо, Массачусетс; О'Брайен, DF; Томпсон, Мэн; Форрест, СР (1999). «Экситонное синглет-триплетное соотношение в полупроводниковой органической тонкой пленке». Физический обзор B . 60 (20): 14422–14428. Бибкод : 1999PhRvB..6014422B . дои : 10.1103/PhysRevB.60.14422 .
- ^ Цуцуи, Т.; Ян, М.-Дж.; Яхиро, М.; Накамура, К.; Ватанабэ, Т.; Цудзи, Т.; Фукуда, Ю.; Вакимото, Т.; Миягути, С. (1999). «Высокая квантовая эффективность в органических светоизлучающих устройствах с комплексом иридия в качестве триплетного излучательного центра». Японский журнал прикладной физики . 38 (12Б): Л1502–Л1504. Бибкод : 1999JaJAP..38L1502T . дои : 10.1143/JJAP.38.L1502 . S2CID 96936906 .
- ^ Адачи, К.; Бальдо, Массачусетс; Томпсон, Мэн; Форрест, СР (2001). «Почти 100% эффективность внутренней фосфоресценции в органическом светоизлучающем устройстве». Журнал прикладной физики . 90 (10): 5048. Бибкод : 2001JAP....90.5048A . дои : 10.1063/1.1409582 .
- ^ Бальдо, Массачусетс; О'Брайен, DF; Ты, Ю.; Шустиков А.; Сибли, С.; Томпсон, Мэн; Форрест, СР (1998). «Высокоэффективное фосфоресцентное излучение органических электролюминесцентных устройств». Природа . 395 (6698): 151. Бибкод : 1998Natur.395..151B . дои : 10.1038/25954 . S2CID 4393960 .
- ^ Бальдо, Массачусетс; Ламанский, С.; Берроуз, ЧП; Томпсон, Мэн; Форрест, СР (1999). «Очень высокоэффективные зеленые органические светоизлучающие устройства на основе электрофосфоресценции». Письма по прикладной физике . 75 (1): 4–6. Бибкод : 1999ApPhL..75....4B . дои : 10.1063/1.124258 .
- ^ О'Брайен, DF; Бальдо, Массачусетс; Томпсон, Мэн; Форрест, СР (1999). «Улучшенная передача энергии в электрофосфоресцентных устройствах». Письма по прикладной физике . 74 (3): 442. Бибкод : 1999ApPhL..74..442O . дои : 10.1063/1.123055 .
- ^ «UDC получила два гранта Министерства энергетики на исследования белых OLED» . Общество отображения информации. Архивировано из оригинала 28 июля 2011 года . Проверено 28 июля 2010 г.
- ^ Антти, Лаапери (18 июня 2012 г.). «Проблемы срока службы OLED с точки зрения индустрии мобильных телефонов» . Журнал Общества отображения информации . 16 (11): 1125–1130. дои : 10.1889/JSID16.11.1125 . S2CID 62234019 . Проверено 20 апреля 2021 г.