Las pantallas de diodos emisores de luz orgánicos (OLED) son ahora características muy populares de muchos productos convencionales, incluidos teléfonos inteligentes y televisores. Los OLED tienen la ventaja de ser de bajo costo, luz, flexible, y fácil de modificar, haciéndolos materiales de exhibición ideales. Sin embargo, Los OLED actuales que logran eficiencias cuánticas comercialmente viables contienen átomos de metales raros como el iridio y el platino que aumentan los costos y reducen la sostenibilidad. Ahora, Un equipo internacional que incluye investigadores de la Universidad de Osaka ha informado sobre el OLED libre de átomos pesados ​​con mejor rendimiento de su tipo.

Aunque los OLED que no contienen átomos pesados, como metales raros y halógenos, son una opción obvia para reducir el costo y mejorar la viabilidad a largo plazo de los productos, los emisores libres de átomos pesados ​​que están disponibles actualmente tienen limitaciones.

Los materiales conocidos como emisores de fluorescencia retardada activados térmicamente (TADF) son eficientes; sin embargo, por lo general, tienen amplios espectros de emisión que los hacen más adecuados para su uso como fuentes de luz que como emisores precisos requeridos para aplicaciones de visualización. Otro tipo de emisor libre de átomos pesados ​​son los emisores de fosforescencia a temperatura ambiente (RTP); sin embargo, los OLED que los utilizan muestran muy bajas eficiencias de <1%, debido a la extinción de excitones tripletes de larga duración en el dispositivo.

Por lo tanto, los investigadores fusionaron los mecanismos de los fenómenos TADF y RTP para producir un emisor híbrido que combina características de ambos sistemas. Su material TADF / RTP, llamado SiAz, contiene solo carbono, hidrógeno, nitrógeno, y átomos de silicio, que son fáciles de obtener elementos naturalmente abundantes, haciendo que SiAz sea viable para un uso generalizado.

"Las brechas de nivel de energía en los estados excitados de un material emisor determinan cómo pueden comportarse los materiales ante la excitación y la emisión que producen, "El autor correspondiente del estudio, Youhei Takeda, explica." La combinación de los dos mecanismos significaba que podíamos alterar la forma en que una molécula excitónica experimenta la transición entre los estados de espín y energéticamente diferentes para producir las características generales que queríamos. Específicamente, ajustando los niveles de energía, nuestro material puede utilizar un sistema de conversión térmica para producir RTP ".

Los investigadores lograron un alto grado de control sobre los niveles de energía a través de una selección cuidadosa del material huésped en el que se impregnó la molécula emisora, lo que permitió la transición activada térmicamente del estado excitado del triplete energéticamente más bajo al estado triplete superior de las moléculas emisoras para irradiar RTP puro de forma eficaz. El material SiAz se utilizó con éxito en un dispositivo que logró una eficiencia cuántica externa del 4%, que es el mejor informado hasta la fecha para un OLED libre de átomos pesados ​​basado en RTP.

"Esperamos que los esfuerzos adicionales para comprender las relaciones estructura-propiedad de estos sistemas híbridos nos permitan identificar principios de diseño claros en el futuro". "Explica Takeda." Se espera que la aplicación del control que hemos demostrado conduzca a la disponibilidad generalizada de productos OLED libres de átomos pesados ​​y agentes de imágenes biológicas de alta resolución que sean sostenibles y rentables ".