Très efficace, des diodes électroluminescentes organiques (OLED) bleu pur développées par des chercheurs de l'université de Kyushu au Japon sont actuellement testées pour mesurer leur durée de vie. Basé sur l'hyperfluorescence, qui utilise un processus à deux molécules pour émettre de la lumière, les OLED émettent une émission bleue pure et présentent des durées de vie considérablement améliorées par rapport à d'autres appareils très efficaces, le tout sans utiliser d'atomes métalliques coûteux. Crédit :Masaki Tanaka, Université de Kyushu
En utilisant une nouvelle combinaison de molécules émettrices, des chercheurs japonais ont démontré la promesse d'une nouvelle approche pour surmonter un défi majeur auquel sont confrontés les écrans utilisant des diodes électroluminescentes organiques :une source de lumière bleue correspondant aux excellentes performances des rouges et vertes.
En divisant les processus de conversion d'énergie et d'émission entre deux molécules, les chercheurs ont réalisé des appareils qui produisent une émission bleue pure avec un rendement élevé, maintenir la luminosité pendant des périodes relativement longues, et manquent d'atomes métalliques coûteux - un ensemble de propriétés qui a jusqu'à présent été difficile à obtenir simultanément.
Acclamés pour leurs couleurs vives et leur capacité à former des appareils fins et même flexibles, diodes électroluminescentes organiques, ou OLED en abrégé, utiliser des molécules contenant du carbone pour convertir l'électricité en lumière. Contrairement aux technologies LCD utilisant des cristaux liquides pour bloquer sélectivement l'émission d'un rétroéclairage filtré couvrant de nombreux pixels, le rouge séparé, les pixels émetteurs verts et bleus d'un écran OLED peuvent être activés et désactivés individuellement, produisant des noirs plus profonds et réduisant la consommation d'énergie.
Cependant, Les OLED bleues en particulier ont été un goulot d'étranglement en termes d'efficacité et de stabilité.
"Un nombre croissant d'options existent pour les OLED rouges et vertes avec d'excellentes performances, mais les appareils émettant une lumière bleue à haute énergie sont plus un défi, avec des compromis se produisant presque toujours entre l'efficacité, pureté des couleurs, coût et durée de vie, " dit Chin-Yiu Chan, chercheur au Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) de l'Université de Kyushu et auteur de l'étude rapportant les résultats en Photonique de la nature .
Alors que les émetteurs bleus stables basés sur un processus connu sous le nom de fluorescence sont souvent utilisés dans les écrans commerciaux, ils souffrent d'une faible efficacité maximale. Les émetteurs dits phosphorescents peuvent atteindre un rendement quantique idéal de 100%, mais ils présentent généralement des durées de vie opérationnelles plus courtes et nécessitent un métal coûteux tel que l'iridium ou le platine.
Comme alternative, Les chercheurs d'OPERA ont développé des molécules émettant de la lumière basées sur le processus de fluorescence retardée activée thermiquement, communément abrégé en TADF, qui peut atteindre une excellente efficacité sans l'atome de métal mais présente souvent une émission contenant une plus large gamme de couleurs.
"La gamme de couleurs qu'un écran peut produire est directement liée à la pureté du rouge, vert, et pixels bleus, " explique Chihaya Adachi, directeur d'OPERA. "Si l'émission bleue n'est pas pure avec un spectre étroit, des filtres sont nécessaires pour améliorer la pureté des couleurs, mais cela gaspille l'énergie émise."
Le groupe de Takuji Hatakeyama à l'Université Kwansei Gakuin a récemment signalé une voie prometteuse pour surmonter le problème de pureté basée sur une conception moléculaire unique pour un système hautement efficace, émetteur TADF bleu pur, mais la molécule, -DABNA, se dégrade rapidement en fonctionnement.
Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) développées par des chercheurs de l'Université de Kyushu au Japon émettent une lumière bleue avec un spectre d'émission étroit et un rendement élevé. La molécule HDT-1 convertit rapidement les triplets non émetteurs en singulets et transfère l'énergie au -DABNA pour une émission de bleu pur. Les durées de vie opérationnelles nettement plus longues que celles rapportées à ce jour pour les OLED bleu pur hautement efficaces indiquent le potentiel de cette approche basée sur l'hyperfluorescence pour surmonter les problèmes restants pour les OLED bleues utilisées dans les écrans. L'utilisation d'une structure en tandem qui empile essentiellement deux appareils l'un sur l'autre a encore amélioré la pureté des couleurs et la durée de vie. Crédit :OPERA, Université de Kyushu
Collaborer avec Hatakeyama, les chercheurs d'OPERA ont maintenant découvert que la durée de vie peut être grandement améliorée tout en obtenant une émission étroite en combinant ν-DABNA avec une molécule supplémentaire de TADF développée à OPERA comme intermédiaire, convertisseur d'énergie à grande vitesse.
"Les trois quarts des charges électriques se combinent pour former des états d'énergie appelés triplets dans les OLED, et les molécules TADF peuvent convertir ces triplets non émetteurs en singulets luminescents, " explique Masaki Tanaka, un chercheur d'OPERA qui a travaillé en étroite collaboration avec Chan sur l'étude.
"Toutefois, ν-DABNA est un peu lent à convertir les triplets de haute énergie, qui jouent souvent un rôle dans la dégradation. Pour se débarrasser plus rapidement des triplés dangereux, nous avons inclus une molécule TADF intermédiaire qui peut convertir plus rapidement les triplets en singulets. »
Bien que la molécule intermédiaire soit rapide à convertir les triplets en singulets, il a un large spectre d'émission produisant une émission bleu ciel. Néanmoins, l'intermédiaire peut transférer un grand nombre de ses singulets dans un état de haute énergie au ν-DABNA pour une émission bleue rapide et pure.
« Par rapport à la plupart des émetteurs, les longueurs d'onde que l'ν-DABNA peut absorber sont très proches de la couleur qu'il émet. Cette propriété unique lui permet de recevoir une grande partie de l'énergie de l'intermédiaire à large émission tout en émettant un bleu pur, " dit Chan.
En utilisant cette approche à deux molécules, qui a été appelé hyperfluorescence, les chercheurs ont obtenu des durées de vie opérationnelles plus longues à haute luminosité que celles précédemment rapportées pour des OLED hautement efficaces ayant une pureté de couleur similaire.
« Que ce type d'approche puisse prolonger la durée de vie de l'émission de bleu pur d'une molécule que nous avons précédemment développée est vraiment excitant, " dit Hatakeyama.
Adopter une structure en tandem qui empile essentiellement deux appareils l'un sur l'autre, doublant essentiellement l'émission pour le même courant électrique, la durée de vie était presque doublée à haute luminosité, et les chercheurs ont estimé que les appareils pouvaient maintenir 50% de leur luminosité pendant plus de 10, 000 heures à des intensités plus modérées.
« Bien que cela soit encore trop court pour des applications pratiques, un contrôle plus strict des conditions de fabrication conduit souvent à des durées de vie encore plus longues, ces premiers résultats laissent donc entrevoir un avenir très prometteur pour cette approche afin d'obtenir enfin une OLED bleu pur efficace et stable, " dit Adachi.
"Dans le futur proche, J'espère que les OLED bleues à hyperfluorescence pourront remplacer les OLED bleues actuelles pour les écrans ultra haute définition, " ajoute Chan.
