Тема: ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНОГО ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ ОТ ЭКСИПЛЕКСА К ИРИДИЕВЫМ КОМПЛЕКСАМ

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode, OLED) - это устройство, содержащее органическое вещество, способное генерировать излучение при пропускании через него электрического тока. Область OLED является одним из наиболее быстро развивающихся направлений современных высоких технологий. Привлекательность органических светодиодов обусловлена возможностью их использования в качестве эффективных источников освещения и пикселей для дисплеев.
В настоящий момент на рынке существует немало устройств, дисплеи которых состоят из OLED. Такие устройства занимают, как правило, премиум сегмент, но в дальнейшем, если удастся сделать производство дешевле, OLED- дисплеи смогут вытеснить конкурентов на основе LED.
Преимущества OLED-приборов:
1. Меньшие габариты и вес;
2. Отсутствие подсветки и обогрева при пониженных температурах;
3. Качественное изображение с любого угла обзора;
4. Практически мгновенный отклик матрицы, время отклика исчисляется микросекундами;
5. Более качественная цветопередача, которая обеспечивается высокими значениями контрастности (более 1000:1);
6. Более низкое энергопотребление при аналогичных значениях яркости;
7. Гибкость панели;
8. Возможность восприятия изображения при сильном внешнем освещении;
9. Возможность получения изображения на прозрачном экране;
10. Широкий диапазон рабочих температур (от -40 до +100);
11. Возможность создания светящихся поверхностей большой площади;
12. В перспективе - низкая стоимость приборов;
Недостатки, конечно же, также имеют место быть, но они обусловлены преимущественно тем, что технология OLED начала промышленно развиваться относительно недавно по сравнению с LED. Основной проблемой, помимо высокой стоимости, является время жизни органических люминофоров, хотя в этой области в последнее время достигнут значительный прогресс, и время работы OLED-устройств теперь сопоставимо с LED-устройствами. [1]
Отдельным направлением в данной технологии можно считать создание белого OLED, обязательным элементом которого является излучающий материал с широким спектром излучения. Спектр органического светодиода можно уширить за счёт явления, при котором молекула излучающего слоя образует комплекс с молекулой соседнего слоя. Такой комплекс существует только в возбуждённом состоянии и называется эксиплексом. Устройство OLED, функции слоёв органических веществ и другие экспериментальные детали будут даны ниже. Образование эксиплексов приводит к сдвигу максимума полосы в длинноволновую область и уширению спектра флуоресценции [2,3,4]. Поэтому их используют как в качестве непосредственно излучающих слоёв, так и в качестве доноров в процессе безызлучательного переноса энергии. Важным фактором, влияющим на эффективность данного процесса, является перекрывание спектров флуоресценции донора и спектра поглощения акцептора, чем больше это перекрывание, тем выше эффективность. По этой причине уширение спектра флуоресценции полезно, если эксиплекс учувствует в процессе безызлучательного переноса энергии [5].
Так, в работе [6] был экспериментально изучен спектр флуоресценции эксиплекса 4,7-дифенил-1,10-фенантролина (далее Bphen) с молекулой дырочно-транспортного материала трис(4-карбозил-9-илфенил) амина (далее TCTA) в OLED структурах и продемонстрирован безызлучательный перенос энергии от данного эксиплекса к молекулам трис(2-фенилпиридина) иридия (III) (далее Ir(ppy)3) и трис(1-фенилизохинолина) иридия (III) (далее Ir(piq)3). Данная работа положила начало новому подходу в создании белых OLED, в котором был впервые предложен альтернативный метод использования синего эксиплексного 7
излучения совместно с зелёным и красным излучением фосфоресцентных красителей, получающих энергию от эксиплекса через механизм безызлучательного переноса энергии. На данный момент этот подход в создании белых OLED является наиболее эффективным. [5]
Но, к сожалению, в работе [6] не проведены теоретические расчёты, которые бы подтверждали образование эксиплекса молекулами TCTA: Bphen, и не произведена оценка эффективности переноса энергии от данного эксиплекса к молекулам 1г(рру)з и Ir(piq)3.
Таким образом, целью данной работы является теоретическое исследование процесса безызлучательного переноса энергии от эксиплекса , образованного молекулами TCTA:Bphen, к молекулам 1г(рру)з и Ir(piq)3.
Для достижения данной цели были определены следующие задачи:
1. Подтвердить методами квантовой химии, что молекулы TCTA:Bphen могут образовать эксиплекс, рассчитать его структуру и смоделировать спектр флуоресценции.
2. Смоделировать методами квантовой химии спектры поглощения молекул Ir(ppy)3и Ir(piq)3
3. Рассчитать эффективности переноса энергии от эксиплекса к молекулам иридиевых комплексов, используя только экспериментальные данные из работы [6] и подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что процесс безызлучательного переноса энергии от эксиплекса образованного молекулами TCTA:Bphen, к молекулам Ir(ppy)3и Ir(piq)3 имеет высокую эффективность.
4. Предложить методику оценки эффективности переноса энергии от эксиплекса к органическим молекулам, используя спектры, смоделированные в пунктах 1 и 2.
5. Сравнить результаты, полученные в пункте 3 и 4, и проверить, можно ли дать оценку эффективности безызлучательного перехода, используя вместо экспериментальных спектров поглощения смоделированные.

Купить

Таким образом, расчёты подтверждают, что молекулы TCTA и Bphen действительно образуют эксиплекс, излучение которого лежит в синей области видимого излучения. Подтверждено, что он может быть использован в качестве донора в процессе безызлучательного переноса энергии, а в роли акцептора могут выступать молекулы Ir(ppy)3или Ir(piq)3. Показано, что при расстоянии между эксиплексом и молекулой Ir(ppy)3либо Ir(piq)3менее 1,5 нм эффективность переноса энергии составляет более 80%, а при расстояниях больше 5 нм стремиться к нулю. Это подтверждает предположение авторов [] о том, что в устройстве 1 ниже вклад эксиплексного излучения, чем в устройстве 2, за счёт того, что в устройстве 1 большая часть эксиплексов теряет энергию не за счёт излучения фотона, а за счёт механизма безызлучательного переноса энергии к молекулам Ir(piq)3, в то время как эффективность этого процесса в устройстве 2 мала.
Помимо того, в данной работе методом TDDFT произведены расчёты возбуждённых состояний и смоделированы спектры поглощения молекул Ir(ppy)3и Ir(piq)3. Показано, что максимумы экспериментальных спектров имеют схожую форму по причине того, что возбужденные состояния, формирующие спектр поглощения, имеют одинаковую природу. Также смоделирован спектр флуоресценции эксиплекса, образованного молекулами TCTA и Bphen. Показано, что природа перехода SO^S1имеет природу переноса заряда. Отклонения расчётных значений энергий переходов от экспериментальных данных составили порядка 1000 см-1. Показано, что, используя данные спектры для расчёта эффективности безызлучательного переноса энергии, можно получить верную оценку данной величины. Что позволяет, не имея спектральных данных и опираясь на расчёты TDDFT, подбирать новые пары донор - акцептор, которые могут быть использованы в белых органических светодиодах.

Купить