Органические светодиоды, способные создавать белый свет, считаются самыми энергоэффективными источниками освещения для уличного, бытового и дисплейного использования.
Обычно для формирования белого света в таких устройствах используют несколько люминофоров, излучающих в разных спектральных областях: синей, зеленой и красной. Но один из наиболее распространенных классов материалов для органических светодиодов, основанный на сложных органических молекулах с металлами платиновой группы, имеет высокую стоимость производства, что делает их массовое использование невыгодным из-за растущих цен на платиновые металлы.
В новом исследовании ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН в сотрудничестве с российскими и итальянскими коллегами разработали новые люминофоры на основе гетероциклических β-дикетонов. Это органические молекулы, содержащие две карбонильные кислород-содержащие группы, разделенные одним атомом углерода (метиленовой группой), а также циклические фрагменты с атомами углерода и азота. Такие соединения легко образуют люминесцирующие комплексы с различными металлами.
Особый интерес к этим молекулам вызван возможностью легкого контроля характеристик их свечения, таких как яркость и цвет, путем незначительных изменений в структуре молекулы.
Однако β-дикетоны обладают очень низкой эффективностью люминесценции, превращая только 0,5% поглощенной световой или электрической энергии в свет, остальное превращается в тепло. Чтобы улучшить люминесцентные свойства этих молекул, исследователи связали их с металлами. Зависимо от типа металла, энергетическая структура β-дикетонов и даже тип люминесценции могут изменяться.
Исследователи предложили две серии новых комплексных соединений металлов с β-дикетонами. В первой серии использовались металлы третьей группы периодической таблицы (скандий, лантан, гадолиний и лютеций), а во второй серии — металлы тринадцатой группы (алюминий, галлий и индий). Сочетая β-дикетоны с этими элементами в комплексы, ученые смогли контролировать возбужденное состояние органических молекул, изменяя значения энергий возбужденных состояний и время их жизни.
Экспериментально было показано, что все полученные комплексы светились сине-зеленым светом, а эффективность люминесценции для соединений на основе β-дикетонов с лантаном достигла 19,5%, что почти в 40 раз превышает исходную эффективность органической молекулы без металла.
Ученые утверждают, что их комплексы имеют большой потенциал в качестве светоизлучающего слоя для новых белых органических светодиодов. Благодаря высокой яркости и низкой стоимости синтеза подобные материалы могут быть использованы в прототипах светодиодных источников света. В ближайших планах ученых — проведение лабораторных испытаний этих образцов.
