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降低OLED显示器能耗的技术或将面世

据外媒报道,由来自日本理化学研究所(RIKEN)表面与界面科学实验室科学家Kensuke Kimura带领的一个国际研究小组,日前正在开发一种能够降低OLED显示器能耗的技术。

该研究小组最近一篇名为《单分子中选择性三重态激子的成形》的文章发表在《Nature》杂志上。关于该技术,以下有关背景需要了解一下。

穿过OLED材料的电流导致了激子的形成,而激子则是成对的电子和空穴。更准确地来讲,注入到OLED材料中的电流以1比3的比例形成自旋 - 单重态激子(具有相反的自旋)和自旋 - 三重态激子(具有相同方向的自旋)。单重态是更高能量状态,可以转换为三重态。当单重态或三重态转换为较低能量状态时,就会产生光。

当前一代OLED材料中的磷光(现象)通常是基于三重态的衰变。基于这一事实,使用能量来制造更高能量的单重态效率并不高。仅产生三重态并且通过三重态衰变而发光的材料/工艺应具有较低的OLED工作电压,因此能够提高整体OLED显示器的能量效率。然而,到现在为止,还没有开发出加强三重态直接形成的有效方法。因此,该研究团队展开的研究旨在解决这一问题。

该团队最近的研究,旨在了解激子产生背后的基本物理原理。为此,该团队制备了一种基于有机半导体的模型系统,称为3,4,9,10- 苝四羧酸二酐(PTCDA)。该半导体吸附在由三个单层NaCl组成的超薄绝缘膜上,而该单层NaCl则是由Ag(111)构成的金属膜支撑。在这里需要指出的是,(111)指的是银的晶体结构。他们通过一种特定的方法给与分子负电荷。在下一步骤中,来自扫描隧道显微镜(STM)的电流可诱导该分子发光。由该过程产生的激子类型由分析发射光谱的光学检测系统确定。

当施加高电压时,磷光和荧光信号均出现了。但是,当施加低电压时,却只出现了磷光(现象)。这些结果表明三重态激子的选择性形成过程,不会产生单重态激子。理论计算证实了该实验结果并验证了其机理。

下图(a)部分说明了测量的配置;(b)部分则是被吸附在生长在Ag(111)上的NaCl上的PTCDA的扫描隧道显微镜图像;(c)部分则是由该材料产生的发光光谱。

降低OLED显示器能耗的技术或将面世

在描述他们的试验结果时,该团队表示:“我们相信,我们之所以能够做到这一点,主要是由于先前未知的机制,其中电子可根据其自旋状态被选择性地从带电分子中移除。随后,我们又证实了一种操纵激子的新方法,该方法对于OLED内的电子传输至关重要。可以通过操纵分子内部的电子自旋,从而控制伴随OLED中激子形成而产生的电子传输过程。”

在他们的研究论文中,他们表示,预计“设计一种考虑到交换互动的设备可以实现具有较低工作电压的OLED”。

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