Створено нове покоління OLED-світлодіодів із надчистим кольором

Міжнародна група дослідників під керівництвом Такудзі Хатакеями (Takuji Hatakeyama) з Кіотського університету здійснила прорив у галузі фотоніки, створивши нову молекулу для органічних світлодіодів (OLED). Ця технологія дозволяє досягти безпрецедентно вузького спектра випромінювання, що забезпечує максимальну чистоту кольору та відкриває шлях до створення дисплеїв нового покоління.

За останні десятиліття світлодіоди (LED) стали стандартом для багатьох галузей, а їхні органічні аналоги (OLED) завоювали ринок смартфонів і телевізорів завдяки високій роздільній здатності та низькому енергоспоживанню. Проте всі сучасні OLED-дисплеї мають суттєвий недолік: їхнє світіння базується на спонтанному випромінюванні, яке за своєю природою є широкосмуговим. Через це кольори на екранах залишаються менш насиченими, ніж могли б бути.

Звуження цього випромінювання до монохроматичної межі (абсолютно чистого кольору) тривалий час залишалося головною метою науковців у сфері фотоніки.

Хоча раніше професор Хатакеяма вже розробляв так звані мультирезонансні випромінювачі з вужчим спектром, вони все одно поступалися ідеальному монохроматичному світлу. Щоб розв'язати цю проблему, команда розробила нову концепцію дизайну, яка просторово розширює та посилює мультирезонансний ефект.

Нова молекула, що отримала назву m-CzB10-Mes, має драбинчасту структуру, яку можна порівняти з нановуглецевим каркасом. Попри те, що синтез таких сполук є надзвичайно складним, вчені змогли успішно впровадити десять атомів бору за один крок, використавши метод одностадійного борування.

Завдяки цьому дослідники досягли ширини смуги випромінювання, яка є кардинально меншою, ніж у будь-яких традиційних аналогів. Окрім того, молекула демонструє відмінні показники термоактивованої затриманої флуоресценції (TADF).

«Коли я вперше побачив спектр випромінювання цієї молекули, я був щиро здивований. Він виявився настільки ж вузьким, як і посилене спонтанне випромінювання, яке зазвичай спостерігається в лазерних дослідженнях», - ділиться враженнями провідний автор дослідження Масаші Мамада (Masashi Mamada). - «Досягнення монохроматичного випромінювання без потреби у потужному збудженні відкриває абсолютно нові можливості для OLED».

Попри успіх, науковці помітили, що під час інтеграції в реальні OLED-пристрої спектр випромінювання все ж трохи розширюється. Це вказує на те, що контроль над міжмолекулярною взаємодією у твердому тілі залишається наступним серйозним викликом. Проте, заклавши нові принципи молекулярного дизайну, команда очікує на швидку появу нового покоління світлодіодів, що поєднуватимуть екстремально високу чистоту кольору з розширеною функціональністю.

«Наше дослідження спростовує загальноприйняте уявлення про те, що спонтанне випромінювання обов'язково має бути широкосмуговим. Це нова парадигма проєктування органічних світлодіодних матеріалів», - підсумовує Такудзі Хатакеяма. - «Ці надвузькосмугові випромінювачі допоможуть нам глибше зрозуміти динаміку збудженого стану чипів, яку раніше не вдавалося детально дослідити через розмиті спектри».