Фосфорлы органикалық жарықдиодтары: Энергия тиімділігі және қолданылуы
Phosphorescent organic light-emitting diode
Жарқырағыш OLED (PHOLED) технологиясы: жарық шығару тиімділігін арттыру, электронды қасиеттері, зерттеулер мен қолданылуы туралы ақпарат. OLED, фосфоресценция.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фосфоресцентті органикалық жарықдиодтар (PHOLED) — флуоресцентті OLED-терге қарағанда жоғары ішкі тиімділікке қол жеткізу үшін фосфоресценция принципін пайдаланатын органикалық жарықдиодтың (OLED) бір түрі. Бұл технология қазіргі уақытта көптеген өнеркәсіптік және академиялық зерттеу топтарымен дамытылып жатыр.
Phosphorescent organic light emitting diodes (PHOLED) are a type of organic light emitting diode (OLED) that use the principle of phosphorescence to obtain higher internal efficiencies than fluorescent OLEDs. This technology is currently under development by many industrial and academic research groups.
Жұмыс істеу әдісі
OLED-дің барлық түрлері сияқты, фосфоресцентті OLED-лер де электр тогындағы органикалық жартылай өткізгіш қабатының электролюминесценциясы арқасында жарық шығарады. Электродтар арқылы органикалық қабатқа электрондар мен тесіктер енгізіліп, электрон мен тесіктің байланысқан күйі – экситондар пайда болады. Электрондар мен тесіктердің екеуі де жартылай бүтін спинге ие фермиондар болып табылады. Экситон электрон мен тесіктің куломбалық тартылысы нәтижесінде пайда болады және бұл екі байланысқан түрдің спиндік күйіне байланысты синглеттік немесе триплеттік күйде болуы мүмкін. Статистикалық тұрғыдан алғанда, синглеттік күйдің қалыптасу ықтималдығы 25%, ал триплеттік күйдің 75% құрайды. Экситондардың ыдырауы спонтанды шығарылым арқылы жарық тудырады. Флуоресцентті органикалық молекулаларды ғана қолданатын OLED-терде триплеттік экситондардың ыдырауы кванттық механикалық таңдау ережелерімен шектеледі, яғни триплеттік экситондардың өмір сүру ұзақтығы ұзақ болады және фосфоресценция оңай байқалмайды. Сондықтан, флуоресцентті OLED-терде тек синглеттік экситондардың қалыптасуы пайдалы сәулеленуге әкеледі деп есептеледі, бұл ішкі кванттық тиімділікке (экситондардың қанша пайызы фотон шығаруға әкеледі) 25% теориялық шек қояды. Дегенмен, фосфоресцентті OLED-лер триплеттік және синглеттік экситондардың екеуінен де жарық шығарады, бұл мұндай құрылғылардың ішкі кванттық тиімділігін 100%-ға жуық деңгейге жеткізуге мүмкіндік береді. Бұл әдетте хост-молекулаға органометалл кешенін қосу арқылы жүзеге асырылады. Бұл кешендер молекуланың ортасында платина немесе иридий сияқты ауыр металл атомын қамтиды, мысалы, жасыл түс шығаратын Ir(mppy)3 кешені – көптеген мысалдардың бірі ғана. Осының нәтижесінде фосфоресценция оңай байқалады.
Like all types of OLED, phosphorescent OLEDs emit light due to the electroluminescence of an organic semiconductor layer in an electric current. Electrons and holes are injected into the organic layer at the electrodes and form excitons, a bound state of the electron and hole. Electrons and holes are both fermions with half integer spin. An exciton is formed by the coulombic attraction between the electron and the hole, and it may either be in a singlet state or a triplet state, depending on the spin states of these two bound species. Statistically, there is a 25% probability of forming a singlet state and 75% probability of forming a triplet state. Decay of the excitons results in the production of light through spontaneous emission. In OLEDs using fluorescent organic molecules only, the decay of triplet excitons is quantum mechanically forbidden by selection rules, meaning that the lifetime of triplet excitons is long and phosphorescence is not readily observed. Hence it would be expected that in fluorescent OLEDs only the formation of singlet excitons results in the emission of useful radiation, placing a theoretical limit on the internal quantum efficiency (the percentage of excitons formed that result in emission of a photon) of 25%. However, phosphorescent OLEDs generate light from both triplet and singlet excitons, allowing the internal quantum efficiency of such devices to reach nearly 100%. This is commonly achieved by doping a host molecule with an organometallic complex. These contain a heavy metal atom at the centre of the molecule, for example platinum or iridium, of which the green emitting complex Ir(mppy)3 is just one of many examples. therefore phosphorescence is readily observed.
Қолданбалар
Жоғары энергия тиімділігіне ие болуы мүмкін болғандықтан, тіпті басқа OLED-термен салыстырғанда да, PHOLED-тер үлкен экранды дисплейлерде, мысалы компьютер мониторларында немесе теледидар экрандарында, сондай-ақ жалпы жарықтандыру қажеттіліктері үшін зерттелуде. PHOLED-терді жарықтандыру құрылғылары ретінде қолданудың бір мүмкіндігі – қабырғаларды үлкен аудандағы PHOLED жарық панельдерімен жабу. Бұл бүкіл бөлмелерді біркелкі жарықтандыруға мүмкіндік береді, шамдардың бөлмеде жарықты теңсіз таратуын қажет етпейді. АҚШ Энергетика департаменті осы технологияны пайдалану арқылы үлкен энергия үнемдеуге болатынын мойындады және осыған байланысты жалпы жарықтандыруға арналған PHOLED өнімдерін әзірлеу үшін 200 000 АҚШ доллары көлемінде келісімшарттар берді.
Due to their potentially high level of energy efficiency, even when compared to other OLEDs, PHOLEDs are being studied for potential use in large screen displays such as computer monitors or television screens, as well as general lighting needs. One potential use of PHOLEDs as lighting devices is to cover walls with large area PHOLED light panels. This would allow entire rooms to glow uniformly, rather than require the use of light bulbs which distribute light unequally throughout a room. The United States Department of Energy has recognized the potential for massive energy savings via the use of this technology and therefore has awarded $200,000 USD in contracts to develop PHOLED products for general lighting applications.
Қиындықтар
Қазіргі уақытта осы өте энергия тиімді технологияның кеңінен таралуына кедергі келтіретін бір мәселе – қызыл және жасыл PHOLED-тердің қызмет ету мерзімі көк PHOLED-терге қарағанда ондаған мың сағатқа ұзақ болады. Бұл дисплейлердің коммерциялық құрылғы үшін қабылданатын мерзімнен бұрын көзге көрінетін бұрмалануына себеп болуы мүмкін.
One problem that currently hampers the widespread adoption of this highly energy efficient technology is that the average lifetimes of red and green PHOLEDs are often tens of thousands of hours longer than those of blue PHOLEDs. This may cause displays to become visually distorted much sooner than would be acceptable for a commercially viable device.