Emettitori blu duraturi incrementano il ciclo vitale dell’OLED
Gli OLED bianchi stanno trainando una nuova generazione di pannelli vividi, sottili ed efficienti, che emettono una luce più brillante, più uniforme e più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle luci fluorescenti. In generale, gli OLED bianchi sono prodotti combinando tre colori di materiali fosforescenti (blu, verde e rosso). Tuttavia, la creazione di un materiale per l’emissione di luce blu stabile e ad alta efficienza è stata difficile da realizzare ad oggi. Per rendere efficienti gli OLED bianchi che sono privi di metalli delle terre rare, i ricercatori che lavorano al progetto PHEBE finanziato dall’UE, si sono concentrati su un processo noto come TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence). Esplorando ricerche innovative sul campo, essi hanno svelato nuovi emettitori blu che sono più economici e migliori per l’ambiente. Affrontare direttamente la sfida del ciclo vitale Attualmente, la breve durata di vita degli emettitori blu è un problema importante che impedisce l’utilizzo di emettitori OLED fosforescenti nelle applicazioni di illuminazione commerciale. Gli OLED fosforescenti sono fatti di un materiale ospite (tipicamente un polimero) sul quale viene aggiunto, come sostanza drogante, un complesso organometallico basato su un metallo delle terre rare quale l’iridio. «Fino ad ora, si pensava che il ciclo vitale degli OLED fosse indipendente dal materiale ospite. Identificare e progettare combinazioni appropriate di un materiale per l’emissione di luce e di un materiale ospite è stata la chiave per estendere la durata degli OLED», osserva il coordinatore del progetto, Giles Brandon. Un’attenta selezione del materiale organico utilizzato per l’emettitore è un altro fattore significativo che dovrebbe consentire agli OLED di guadagnare una parte importante dei mercati dell’illuminazione. «La nostra ricerca ha dimostrato che è estremamente importante utilizzare materiale organico ultra-puro fino al 99,9% per gli emettitori TADF al fine di ottimizzarne la durata. Ciò richiede un’attenta considerazione del percorso di sintesi per la produzione del materiale organico», aggiunge Brandon. Scoprire la fotofisica di fondo del TADF In generale, ciò che riduce significativamente l’efficienza quantica degli OLED è che il decadimento radiativo dallo stato di tripletto metastabile allo stato di singoletto di terra è vietato. Coinvolgendo materiali fluorescenti anziché fosforescenti, il TADF si allontana da questo problema e consente la creazione di un emettitore blu ad alta efficienza. Le molecole che presentano questo meccanismo sono progettate in modo tale che la differenza di energia tra lo stato singoletto eccitato e lo stato di tripletto metastabile sia molto più piccola rispetto alle tipiche molecole organiche. Questo piccolo divario energetico consente l’incrocio intersistema inverso (RISC). I ricercatori di PHEBE hanno ritenuto fondamentale identificare i fattori che influenzano il tasso di RISC negli emettitori TADF per migliorare l’efficienza degli OLED. I risultati prodotti migliorano fondamentalmente la comprensione della fotofisica alla base del TADF concentrandosi su un modello a tre stati anziché su un modello a due stati per RISC. Il nuovo modello mostra che l’accoppiamento spin-orbita tra gli stati di singoletto e tripletto più bassi è mediato da un terzo stato di tripletto. Questo meccanismo di accoppiamento spin-vibronico migliora significativamente il tasso di RISC. In particolare, la loro ricerca sui sistemi di trasferimento di carica intramolecolare e sui sistemi di trasferimento di carica di eccimeri intermolecolare che attivano il TADF ha dimostrato miglioramenti promettenti nell’efficacia energetica. «Il nostro emettitore OLED TADF blu ad elevata efficienza raggiunge circa il 18% di efficienza quantica esterna, analogamente ai migliori emettitori di blu fosforescente», osserva il coordinatore del progetto, Giles Brandon. Tuttavia, il 50% del ciclo vitale di questi emettitori blu era molto breve, di sole due ore. Il consorzio è ancora piuttosto lontano dall’avere un nuovo materiale che possa essere utilizzato commercialmente per l’illuminazione OLED. Tuttavia, il futuro si preannuncia brillante.
Parole chiave
PHEBE, diodo organico a emissione luminosa (OLED), fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF), ciclo vitale, emettitori blu, incrocio intersistema inverso (RISC), efficienza quantica, illuminazione OLED
