Органические светодиоды (OLED) — это устройства фотолюминесценции, в которых для производства света используются органические соединения. По сравнению с традиционными светодиодами OLED более эффективны, могут быть изготовлены из сверхтонких и гибких материалов и имеют более высокий динамический диапазон в качестве изображения. Для дальнейшего развития OLED исследователи по всему миру работают над пониманием фундаментальной химии и физики, лежащих в основе этой технологии.
Новое исследование из университета Кюсю
Исследователи из университета Кюсю разработали новую аналитическую модель, которая детализирует кинетику динамики экситонов в материалах OLED. Результаты, [опубликованные](https://www.nature.com/articles/s41467-025-59910-z) в журнале Nature Communications, могут повысить срок службы устройств OLED и ускорить разработку более совершенных и эффективных материалов.
Как работают OLED
Устройства с флуоресценцией, такие как OLED, излучают свет благодаря [возбуждённым электронам](https://phys.org/tags/excited+electrons/), или экситонам. Когда вы добавляете энергию в атомы, их электроны возбуждаются и переходят в более высокое энергетическое состояние. Когда они возвращаются в обычное энергетическое состояние, они производят [флуоресценцию](https://phys.org/tags/fluorescence/).
Экситоны могут переходить в разные состояния, а именно в синглетное состояние, обозначаемое как $S1$, или в триплетное состояние, обозначаемое как $T1$. Флуоресценция может происходить только тогда, когда экситоны переходят из синглетного состояния.
Профессор Чихая Адати из Центра исследований органической фотоники и электроники (OPERA) университета Кюсю, возглавлявший исследование, объясняет: «К счастью, экситоны могут переходить между триплетным и синглетным состояниями. Поэтому, если мы сможем преобразовать триплетные экситоны в синглеты, эффективность флуоресценции резко возрастёт».
Одним из основных прорывов в исследованиях OLED стала разработка материалов с термоактивируемой замедленной флуоресценцией (TADF). Эти материалы закрывают «разрыв» между $S1$ и $T1$, так что экситоны $T1$ более легко переходят в $S1$, таким образом производя больше флуоресценции.
Понимание разрыва между $S1$ и $T1$
Понимание разрыва между $S1$ и $T1$ в материалах TADF имеет основополагающее значение как для оценки эффективности OLED-материалов, так и для тестирования эффективности новых материалов. Однако стандартный метод тестирования этого разрыва иногда оказывался ненадёжным из-за присущей ему субъективности и условных допущений.
«При разработке новых материалов TADF мы используем квантовые расчёты для прогнозирования этого разрыва, обозначаемого как $ΔE_{st}$. Однако невозможно теоретически рассчитать поведение всех электронов для определения точной конфигурации состояния возбуждения. Поэтому, чтобы снизить затраты на вычисления, мы обычно работаем с определёнными допущениями. Но это приводит к различным значениям между экспериментальными и оценочными данными», — объясняет первый автор исследования, доцент Ёити Цучия.
«Чтобы сократить разрыв между теоретическими и экспериментальными методами, наша команда разработала модель, которая может более точно оценить $ΔE_{st}$. Наш новый аналитический метод основан на нескольких фундаментальных теориях физической химии и учитывает перенос экситонов между триплетными энергетическими состояниями», — говорит Адати.
Команда надеется, что их работа не только внесёт вклад в исследования и разработку высокопроизводительных люминесцентных материалов, но и проложит путь для дальнейших достижений в фотохимии.
«Этот новый аналитический метод будет использоваться и для других типов материалов TADF, помогая нам прояснить динамику экситонов в будущих исследованиях OLED», — заключает Адати. «Мы также хотим изучить использование искусственного интеллекта для точного прогнозирования свойств новых материалов».
Предоставлено [университетом Кюсю](https://phys.org/partners/kyushu-university/).