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 [ править ]
3.png)
Как и все типы OLED, фосфоресцирующие органические светодиоды излучают свет за счет электролюминесценции в качестве органического полупроводникового слоя электрического тока. 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 он может находиться либо в синглетном, либо в триплетном состоянии , в зависимости от спиновых состояний этих двух связанных частиц. Статистически 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 OLED, использующих только флуоресцентные органические молекулы, распад триплетных экситонов квантово-механически запрещен правилами отбора , а это означает, что время жизни триплетных экситонов велико и фосфоресценция не наблюдается. Следовательно, можно ожидать, что в флуоресцентных органических светодиодах только образование синглетных экситонов приводит к испусканию полезного излучения, что теоретически ограничивает внутреннюю квантовую эффективность (процент образованных экситонов, которые приводят к испусканию фотона) в 25%. [4]
Однако фосфоресцентные светодиоды излучают свет как триплетными, так и синглетными экситонами, что позволяет внутренней квантовой эффективности таких устройств достигать почти 100%. [5]
Обычно это достигается путем допирования молекулы-хозяина металлоорганическим комплексом . Они содержат атом тяжелого металла в центре молекулы, например платины [6] или иридия, из которых комплекс Ir (mppy) 3, излучающий зеленый цвет, является лишь одним из многих примеров. [1] Большое спин-орбитальное взаимодействие, испытываемое молекулой из-за этого атома тяжелого металла, способствует межсистемному пересечению , процессу, который смешивает синглетный и триплетный характер возбужденных состояний. Это уменьшает время жизни триплетного состояния [7] [8], поэтому легко наблюдается фосфоресценция.
Приложения [ править ]
Из-за их потенциально высокого уровня энергоэффективности, даже по сравнению с другими OLED, PHOLED изучаются на предмет потенциального использования в широкоэкранных дисплеях, таких как компьютерные мониторы или телевизионные экраны, а также для общего освещения. Одним из возможных вариантов использования PHOLED в качестве осветительных приборов является покрытие стен световыми панелями PHOLED большой площади. Это позволит целым комнатам светиться равномерно, вместо того, чтобы требовать использования лампочек, которые неравномерно распределяют свет по комнате. США Департамент энергетики признал потенциал для значительной экономии энергии посредством использования этой технологии , и , следовательно , имеет контракт на сумму $ 200,000 долларов в контрактах на разработку продуктов PHOLED для общего освещения. [9]
Проблемы [ править ]
Одна из проблем, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой высокоэффективной 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 намного раньше, чем это было бы допустимо для коммерчески жизнеспособного устройства. [ необходима цитата ]
Ссылки [ править ]
- ^ a b Ян, X .; Neher, D .; Hertel, D .; Даублер, Т. (2004). «Высокоэффективные однослойные полимерные электрофосфоресцентные устройства». Современные материалы . 16 (2): 161. DOI : 10.1002 / adma.200305621 .
- ^ Браун, АР; Пихлер, К .; Гринхэм, Северная Каролина; Брэдли, DDC; Друг, RH; Холмс, А.Б. (1993). «Оптическая спектроскопия триплетных экситонов и заряженных возбуждений в поли (п-фениленвиниленовых) светодиодах». Письма по химической физике . 210 : 61–66. DOI : 10.1016 / 0009-2614 (93) 89100-V .
- ^ Бальдо, Массачусетс; О'Брайен, Д. Ф.; Томпсон, Мэн; Форрест, SR (1999). «Экситонное синглет-триплетное соотношение в полупроводниковой органической тонкой пленке». Physical Review B . 60 (20): 14422–14428. DOI : 10.1103 / PhysRevB.60.14422 .
- ^ Цуцуи, Т .; Yang, M.-J .; Яхиро, М .; Накамура, К .; Watanabe, T .; Tsuji, T .; Fukuda, Y .; Wakimoto, T .; Миягути, С. (1999). «Высокая квантовая эффективность в органических светоизлучающих устройствах с иридиевым комплексом в качестве триплетного эмиссионного центра». Японский журнал прикладной физики . 38 : L1502 – L1504. DOI : 10,1143 / JJAP.38.L1502 .
- ^ Адачи, C .; Бальдо, Массачусетс; Томпсон, Мэн; Форрест, SR (2001). «Почти 100% эффективность внутренней фосфоресценции в органическом светоизлучающем устройстве». Журнал прикладной физики . 90 (10): 5048. DOI : 10,1063 / 1,1409582 .
- ^ Бальдо, Массачусетс; О'Брайен, Д. Ф.; Вы, Y .; Шустиков, А .; Сибли, С .; Томпсон, Мэн; Форрест, SR (1998). «Высокоэффективное фосфоресцентное излучение органических электролюминесцентных устройств». Природа . 395 (6698): 151. DOI : 10.1038 / 25954 .
- ^ Бальдо, Массачусетс; Ламанский, С .; Берроуз, ЧП; Томпсон, Мэн; Форрест, SR (1999). «Очень высокоэффективные зеленые органические светоизлучающие устройства на основе электрофосфоресценции». Письма по прикладной физике . 75 : 4. DOI : 10,1063 / 1,124258 .
- ^ О'Брайен, Д. Ф.; Бальдо, Массачусетс; Томпсон, Мэн; Форрест, SR (1999). «Улучшенная передача энергии в электрофосфоресцентных устройствах». Письма по прикладной физике . 74 (3): 442. DOI : 10,1063 / 1,123055 .
- ^ "УДК присудил два гранта Министерства энергетики для исследования белых OLED" . Общество отображения информации. Архивировано из оригинального 28 июля 2011 года . Проверено 28 июля 2010 года .
