Fosforescerande organisk lysdiod
Fosforescerande organiska lysdioder ( PHOLED ) är en typ av organiska lysdioder (OLED) som använder fosforescensprincipen för att erhålla högre intern effektivitet än fluorescerande OLED. Denna teknik är för närvarande under utveckling av många industriella och akademiska forskargrupper.
Arbetssätt
3.svg)
Liksom alla typer av OLED, avger fosforescerande OLED ljus på grund av elektroluminescensen av ett organiskt halvledarskikt i en elektrisk ström. Elektroner och hål injiceras i det organiska skiktet vid elektroderna och bildar excitoner , ett bundet tillstånd av elektronen och hålet.
Elektroner och hål är båda fermioner med halvt heltalsspinn . En exciton bildas av den coulombiska attraktionen mellan elektronen och hålet, och den kan antingen vara i singletttillstånd eller tripletttillstånd , beroende på spinntillstånden för dessa två bundna arter. Statistiskt är det 25 % sannolikhet att bilda ett singletttillstånd och 75 % sannolikhet att bilda ett tripletttillstånd. Nedbrytning av excitonerna resulterar i produktion av ljus genom spontan emission .
I OLED:er som endast använder fluorescerande organiska molekyler är sönderfallet av triplettexcitoner kvantmekaniskt förbjudet av urvalsregler , vilket innebär att livslängden för triplettexcitoner är lång och fosforescens inte lätt observeras. Därför skulle det förväntas att i fluorescerande OLED:er endast bildandet av singlet-excitoner resulterar i emission av användbar strålning, vilket sätter en teoretisk gräns för den interna kvanteffektiviteten (andelen excitoner som bildas som resulterar i emission av en foton) på 25 %.
Emellertid genererar fosforescerande OLED ljus från både triplett- och singletexcitoner, vilket gör att den interna kvanteffektiviteten hos sådana enheter kan nå nästan 100 %.
Detta uppnås vanligtvis genom att dopa en värdmolekyl med ett organometalliskt komplex . Dessa innehåller en tungmetallatom i mitten av molekylen, till exempel platina eller iridium, varav det gröna emitterande komplexet Ir(mppy) 3 bara är ett av många exempel. Den stora spin-omloppsinteraktionen som upplevs av molekylen på grund av denna tungmetallatom underlättar korsning av systemet , en process som blandar singlett- och triplettkaraktären av exciterade tillstånd. Detta minskar livslängden för tripletttillståndet, därför observeras fosforescens lätt.
Ansökningar
På grund av deras potentiellt höga nivå av energieffektivitet, även jämfört med andra OLED, studeras PHOLEDs för potentiell användning i storbildsskärmar som datorskärmar eller tv-skärmar, såväl som allmänna belysningsbehov. En potentiell användning av PHOLEDs som belysningsanordningar är att täcka väggar med PHOLED-ljuspaneler med stor yta. Detta skulle tillåta hela rum att lysa jämnt, snarare än att behöva använda glödlampor som fördelar ljuset ojämnt i ett rum. USA :s energidepartement har insett potentialen för massiva energibesparingar genom användningen av denna teknik och har därför tilldelat 200 000 USD i kontrakt för att utveckla PHOLED-produkter för allmänbelysningstillämpningar.
Utmaningar
Ett problem som för närvarande hindrar den utbredda användningen av denna mycket energieffektiva teknik är att den genomsnittliga livslängden för röda och gröna PHOLEDs ofta är tiotusentals timmar längre än för blå PHOLED. Detta kan göra att bildskärmar blir visuellt förvrängda mycket snabbare än vad som skulle vara acceptabelt för en kommersiellt gångbar enhet.