The fourth generation of OLED emitters, how to tailor, optimise and control hyperfluorescence
Czwarta generacja emiterów OLED, jak dostosować, zoptymalizować i kontrolować hiperfluorescencję.
Project type: Research and development
Keywords: organiczne diody elektroluminescencyjne związki skoniugowane TADF
Keywords (english): Organic Light-emitting Diodes conjugated compounds TADF
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 1/03/2023 - 28/02/2026
Funding institution: Narodowe Centrum Nauki
Program name: OPUS
Project manager: Przemysław Data
Funding value: 2 350 400,00 PLN
Total project value: 2 350 400,00 PLN
Szybki rozwój organicznych urządzeń emitujących światło (OLED) w ostatnich trzech dekadach przyciąga wielką uwagę badań podstawowych i stosowanych. Fluorescencyjne emitery oparte na związkach czysto organicznych oraz fosforescencyjne oparte na kompleksach metali ciężkich z efektem sprzężenia spinowo - orbitalnego zostały dobrze zbadane i skomercjalizowane. Ostatnio, diody OLED składające się z termicznie aktywowanych emiterów opóźnionej fluorescencji (TADF) charakteryzujących się potencjalną 100% wewnętrzną sprawność kwantową, zostały uznane za idealne, które łączą w sobie zalety emiterów fluorescencyjnych i fosforescencyjnych. Ze względu na obiecujące zastosowania w wyświetlaczach z aktywną matrycą, oświetleniu, komunikacji w świetle widzialnym i leczeniu biomedycznym, technologia OLED staje się coraz bardziej konkurencyjna. Wewnętrznie, czysto-organiczne emitery TADF charakteryzują się niskim kosztem i wysoką wydajnością, co przemawia za ich masową produkcją. Generalnie, mechanizm TADF jest zdominowany przez wybór donora (s), akceptora (s) i tryb powiązania w cząsteczkach, które umożliwiają manipulowanie przerwami singletowo-trójpunktowymi, modulowanie rozpadów promieniotwórczych i dostrajanie kolorów emisji. Oprócz globalnego zainteresowania badaniami podstawowymi, istnieją firmy mające na celu komercjalizację tej technologii, np. Kyulux (firma japońska), Cynora (firma niemiecka) i Sunera (firma chińska). Panele z aktywną matrycą oparte na OLED, np. w smartfonach i TV, są liderem rewolucji w technologiach wyświetlania. Czystość koloru i wydajność to dwa najważniejsze czynniki w wyświetlaczach z aktywną matrycą. Obecnie, główna metoda produkcji OLED jest oparta na wysokiej próżni osadzania, który wymaga sublimacji małych cząsteczek. BOE (Chiny), TCL (Chiny) i JOLED (Japonia) opracowują alternatywną, opłacalną i nadającą się do druku technologię dla komercyjnych produktów OLED. Dlatego bardzo pilne jest przyjęcie nowych emiterów i technologii w celu rozwiązania problemów czystości koloru i opłacalności zarówno w technologiach osadzania w roztworze, jak i w technologii osadzania przez odparowanie. Warto zauważyć, że wysoki kolor-gamut i przetwarzane w roztworze TADF OLED dla wysokiej klasy wyświetlaczy są wymagające i nierozwinięte. Aby sprostać wymaganiom obiecujących wąskopasmowych diod TADF OLED, emiter OLED czwartej generacji zostały odkryte przez prof. Adachi, emitery hiperfluorescencji (HF), w których obserwuje się nowe zjawisko wykorzystujące transfer ekscytonów pomiędzy dwoma luminoforami. Mimo to, w ciągu prawie 10 lat nie opracowano żadnych metod poprawiających konstrukcję emiterów, a poszczególne wysokowydajne emitery pojawiły się na zasadzie szczęśliwego przypadku. W tym projekcie zamierzamy zająć się i rozwiązać ten problem poprzez: (a) Porównanie już znanych emiterów posiadających zjawisko HF i zrozumienie wpływu gospodarza i emitora TADF na to zjawisko. (b) Manipulowanie wewnątrzcząsteczkowym rezonansowym transferem energii Förstera (FRET). Możliwe jest chemiczne wiązanie wysoko rozpuszczalny i wydajny element samonośny TADF w celu promowania transportu ładunków. (c) Badanie fotofizyki i poprawa wydajności urządzenia. Naszym celem jest odkrycie zależności struktura-właściwości w wąskopasmowych emiterach TADF poprzez pomiary fotoluminescencji (PL) i elektroluminescencji (EL), które dostarczają informacji zwrotnych do dalszej optymalizacji molekularnej., tak aby uzyskać wysoko wydajne TADF o wysokiej czystości kolorystycznej.
The rapid developments of organic light-emitting devices (OLEDs) in the last three decades attract great attentions from fundamental and applied researches. The fluorescent emitters with the purely organic compounds and phosphorescent emitters based on heavy-metal complexes with the effect of spin-orbital coupling have been well investigated and commercialized. Recently, OLEDs consisted of thermally activated delayed fluorescence (TADF) emitters featuring the potential 100% internal quantum efficiency have been considered as the ideal ones which combines both merits of the fluorescent and phosphorescent emitters. Owing to their promising applications in active matrix displays, lighting, visible light communications and biomedical treatments, OLED technology becomes more competitive. Intrinsically, the purely organic TADF emitters are of low-cost and high efficiency which are appealing for mass production. Generally, the TADF mechanism is dominated by the selection of the donor (s), the acceptor (s) and the linkage mode in the molecules which make it accessible to manipulate the singlet-triplet gaps, modulate the radiative decays, and tune the emission colours. Apart from the global interest of fundamental research, there are some companies aiming to commercialize this technology, e.g. Kyulux (a Japanese company), Cynora (a German company) and Sunera (a Chinese company). The OLED-based active matrix panels e.g., smart phones and TV, are leading the revolution of display technologies. Colour purity and efficiency are two of the most important factors in active matrix displays. Currently, the main-stream method of OLED fabrication is based on the high vacuum deposition which requires the sublimable small molecules and expensive/complicated evaporation system although some of the leading companies, e.g. BOE (China), TCL (China), and JOLED (Japan) are developing the alternative cost-effective and printable technology for commercial OLED products. Therefore, it is very urgent that new emitters and technology should be adopted to address the issues of colour purity and cost-effectiveness in both solution processed and evaporation deposition technologies. It is worth noting that high colour-gamut and solution-processed TADF OLEDs for high-end displays are demanding and undeveloped. To meet the requirements of the promising narrow-bandwidth TADF OLEDs the 4th generation of OLED emitters were discovered by prof. Adachi, the hyperfluorescence (HF) emitters where the new phenomenon utilizeing excitones transfer between two luminophores is observed. Nevertheless, over the almost 10 years, there are no particular rules improving the designs of the emitters and particular high efficiency one came as a luck. In this project we plan to tackle and solve this problem by: (a) Comparing already known emitters possessing the HF phenomena and understanding the impact of the host and the TADF emitter interaction and developing new systems. (b) Manipulating the intramolecular Förster resonant energy transfer (FRET). It is feasible to chemically bond a highly soluble and efficient TADF self-hosting component to promote charge transport. (c) Investigating the photophysics and improving device performances. It is our aim to unravel the structure-property relationships of the narrow-bandwidth TADF emitters via the photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) measurements, which provide the feedbacks towards further molecular optimization. Finally, the highly efficient TADF with high-colour-purity will be demonstrated.
Go back