Forscherinnen und Forscher der Tokyo Tech haben ein OLED-Display mit niedriger Einschaltschwelle von 1,47 Volt für blaue Emission entwickelt. Diese Technologie könnte zu Fortschritten bei kommerziellen Smartphone- und Großbildschirmdisplays führen. Herkömmliche blaue OLEDs benötigen etwa 4 Volt für eine Leuchtdichte von 100 cd/m2, was höher ist als die Spannung von Lithium-Ionen-Batterien, die in Smartphones verwendet werden.
Das OLED-Gerät verwendet bestimmte Materialien, darunter NDI-HF als Akzeptor, 1,2-ADN als Donator und TbPe als fluoreszierenden Dotierstoff. Das Gerät arbeitet durch Upconversion, bei dem Löcher und Elektronen in die Donator- bzw. Akzeptorschichten eingebracht werden und sich an der Donator-/Akzeptorgrenzfläche wieder rekombinieren, um einen Ladungsübertragszustand zu bilden. Die Energie des Ladungsübertragszustands wird dann selektiv auf die Triplett-angeregten Zustände des Emitters übertragen, was zu blauer Lichtemission durch Triplett-Triplett-Auslöschung führt.
Das UC-OLED erreicht eine Leuchtdichte von 100 cd/m2, die der von kommerziellen Displays entspricht, bei nur 1,97 Volt. Die Studie betont die Bedeutung der Optimierung des Designs der Donator-/Akzeptorgrenzfläche zur Kontrolle der exzitonischen Prozesse. Diese Entwicklung hat Auswirkungen nicht nur auf OLEDs, sondern auch auf organische Photovoltaik und andere organische elektronische Geräte.
Einführung
Forscher der Tokyo Tech haben eine bahnbrechende Upconversion Organic Light-Emitting Diode (OLED) entwickelt, die mit einer niedrigen Einschaltschwelle von 1,47 V für blaue Emission arbeitet. Dieser Durchbruch hat erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft der Smartphone- und Großbildschirm-Displaytechnologie, da herkömmliche blaue OLEDs normalerweise rund 4 V für ähnliche Luminanzwerte erfordern. Die neue Technologie könnte den Weg für fortschrittliche Displaylösungen ebnen, die energieeffizienter sind und mit der Spannung von Lithium-Ionen-Batterien, die normalerweise in Smartphones verwendet werden, kompatibel sind.
Funktionsweise und Materialien
Das Upconversion-OLED-Gerät verwendet bestimmte Materialien, um seine bemerkenswerte Leistung zu erreichen. Diese Materialien umfassen NDI-HF als Akzeptor, 1,2-ADN als Donor und TbPe als fluoreszierenden Dopant. Das Gerät arbeitet durch Upconversion, ein Prozess, bei dem Elektronen und Löcher in die Akzeptor- bzw. Donorschichten eingespritzt werden. Diese Ladungsträger rekombinieren an der Grenzfläche von Donor und Akzeptor und bilden einen Ladungstransferzustand. Die Energie aus diesem Ladungstransferzustand wird dann selektiv auf den Triplett-angeregten Zustand des Emitters übertragen, was zur Emission von blauem Licht durch Triplett-Triplett-Annihilation führt.
Die Vorteile einer niedrigen Einschaltschwelle
Einer der wichtigsten Vorteile der entwickelten Upconversion OLED ist ihre außergewöhnlich niedrige Einschaltschwelle. Das Gerät erreicht eine Helligkeit von 100 cd/m2, die kommerziellen Displays entspricht, bereits bei nur 1,97 V. Das ist deutlich niedriger als die typischen Spannungsanforderungen von herkömmlichen blauen OLEDs. Der geringere Spannungsbedarf macht diese Technologie äußerst vielversprechend für Smartphone-Displays, da er mit der Spannung von Lithium-Ionen-Batterien übereinstimmt. Darüber hinaus trägt die niedrige Einschaltschwelle auch zu einer verbesserten Energieeffizienz bei, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Batterielebensdauer verlängert wird.
Optimierung der Donor-/Akzeptor-Grenzfläche
Die von den Forschern der Tokyo Tech durchgeführte Studie betont die Bedeutung der Optimierung des Designs der Donor-/Akzeptor-Grenzfläche für die bemerkenswerte Leistung der Upconversion OLED. Durch eine sorgfältige Kontrolle der exzitonischen Prozesse an der Grenzfläche konnten die Forscher die Effizienz des Ladungstransferzustands und des anschließenden Upconversion-Prozesses verbessern. Diese Optimierung der Donor-/Akzeptor-Grenzfläche kann potenziell auch auf andere organische elektronische Geräte wie organische Photovoltaik angewendet werden, um deren Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz zu verbessern.
Auswirkungen auf OLEDs und organische elektronische Geräte
Die Entwicklung der Low-Voltage Upconversion OLED hat erhebliche Auswirkungen auf das Gebiet der OLED-Technologie und andere organische elektronische Geräte. Durch die Reduzierung der Einschaltschwelle kann diese Technologie neue Möglichkeiten für mobile Geräte und Großbildschirme eröffnen, sodass sie energieeffizienter sind und mit modernen Stromquellen kompatibel sind. Darüber hinaus können die in dieser Studie verwendeten Optimierungstechniken potenziell auch auf andere organische elektronische Geräte, einschließlich organischer Photovoltaik, angewendet werden, um deren Effizienz und Leistungsfähigkeit zu steigern.
