นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์สีน้ำเงินบริสุทธิ์ (OLED) ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีอายุการใช้งานยาวนาน พวกเขากล่าวว่าแหล่งกำเนิดแสงสีน้ำเงินนี้ตรงกับประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของ OLED สีแดงและสีเขียว โดยเอาชนะอุปสรรคสำคัญประการหนึ่งที่ขัดขวางการพัฒนาจอแสดงผล ทีมงานประสบความสำเร็จโดยการวางโมเลกุลอิมิตเตอร์ใหม่สองตัวทับกันและแยกการแปลง
พลังงานและกระบวนการปล่อยก๊าซออกระหว่างกัน
OLED ใช้โมเลกุลที่ประกอบด้วยคาร์บอนซึ่งเปล่งแสงออกมาเพื่อตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้า พวกมันสร้างสีสันที่สดใสและสามารถสร้างอุปกรณ์ที่บางและยืดหยุ่นได้ สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีแนวโน้มเทคโนโลยีแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการแสดงผลในอนาคต ในขณะที่จอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) ใช้คริสตัลเหลวในการเลือกบล็อกการปล่อยแสงจากแบ็คไลท์ที่กรองแล้วซึ่งครอบคลุมพิกเซลจำนวนมาก จอภาพ OLED จะใช้พิกเซลการเปล่งแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินที่แยกจากกัน ซึ่งสามารถเปิดและปิดแยกกันได้ ทำให้ได้สีดำที่เข้มขึ้นและลดการใช้พลังงาน
อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ OLED สีแดงและสีเขียวที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมมีอยู่จริง แต่การผลิต OLED สีน้ำเงินที่มีประสิทธิภาพด้วยอายุการใช้งานที่ยาวนานและมั่นคงนั้นได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทาย
Chin-Yiu Chan จากศูนย์วิจัยโฟโตนิกส์อินทรีย์และอิเล็กทรอนิกส์แห่งมหาวิทยาลัยคิวชูกล่าวว่า ” เครื่องปล่อยแสงสีน้ำเงินที่เสถียรตามกระบวนการที่เรียกว่าการเรืองแสงมักใช้ในการจัดแสดงเชิงพาณิชย์ แต่ประสิทธิภาพสูงสุดต่ำ” Chin-Yiu Chanจากศูนย์วิจัยโฟโตนิกส์อินทรีย์และอิเล็กทรอนิกส์แห่งมหาวิทยาลัยคิวชูกล่าว ในทางกลับกัน สิ่งที่เรียกว่าตัวปล่อยสารเรืองแสงสามารถบรรลุประสิทธิภาพควอนตัมในอุดมคติได้ 100% แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีอายุการใช้งานที่สั้นกว่าและต้องใช้โลหะราคาแพง เช่น อิริเดียมหรือแพลตตินั่ม”
การวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้มุ่งเน้นไปที่โมเลกุลที่เปล่งแสง
โดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการเรืองแสงที่หน่วงเวลาด้วยความร้อน (TADF) ในวัสดุ OLED ส่วนใหญ่ ประมาณ 75% ของประจุไฟฟ้าจะสร้างสถานะพลังงานสามเท่าที่ไม่เรืองแสง แต่โมเลกุลของ TADF สามารถใช้พลังงานความร้อนเพื่อแปลงสถานะแฝดสามเหล่านี้เป็นสถานะเสื้อกล้ามที่ปล่อยแสง
ในปี 2019 นักวิจัยนำโดยTakuji Hatakeyamaจากมหาวิทยาลัย Kwansei Gakuinรายงานว่าวัสดุ TADF มีประสิทธิภาพมากซึ่งผลิตแสงสีน้ำเงินบริสุทธิ์พิเศษด้วยการแผ่รังสีที่แคบเพียง 14 นาโนเมตร แต่โมเลกุลที่ชื่อ ν-DABNA นั้นค่อนข้างช้าในการแปลงสถานะแฝดสามเป็นเสื้อกล้าม ซึ่งหมายความว่ามันจะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วภายใต้การทำงานเนื่องจากสถานะแฝดสามที่มีพลังงานสูงส่งผลกระทบต่อความเสถียรทางไฟฟ้าเคมี
การทำงานร่วมกัน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคิวชูและมหาวิทยาลัย Kwansei Gakuin ได้พัฒนาโมเลกุล TADF ใหม่ ตามที่รายงานในNature Photonics โมเลกุลใหม่นี้เปลี่ยนสถานะแฝดสามเป็นเสื้อกล้ามอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยรักษาเสถียรภาพทางไฟฟ้าเคมี นักวิจัยพบว่าการใช้โมเลกุลนี้เป็นตัวแปลงพลังงานความเร็วสูงระดับกลางร่วมกับ ν-DABNA พวกมันสามารถปรับปรุงอายุการใช้งานของโมเลกุลหลังได้อย่างมาก ในขณะที่ยังคงปล่อยมลพิษในวงแคบ
โมเลกุลตัวกลางใหม่นี้สร้างสเปกตรัมการแผ่รังสีที่กว้างของสีน้ำเงินบริสุทธิ์ พลังงานส่วนใหญ่นี้จะถูกดูดซับโดย ν-DABNA ซึ่งจะปล่อยสีน้ำเงินบริสุทธิ์พิเศษออกมาในวงแคบ นักวิจัยได้ขนานนามว่าไฮเปอร์ฟลูออเรสเซนซ์สองโมเลกุล
นักวิจัยประเมินว่าอายุการใช้งาน 10,000 ชั่วโมงเป็นไปได้
“เรามีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นด้วยความสว่างที่สูงกว่าที่เคยรายงานไว้สำหรับ OLED ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งมีความบริสุทธิ์ของสีใกล้เคียงกัน” Chan กล่าว “นอกจากนี้ การใช้โครงสร้างควบคู่ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะวางอุปกรณ์สองชิ้นวางซ้อนกันอย่างมีประสิทธิภาพจะเพิ่มการปล่อยกระแสไฟฟ้าเป็นสองเท่าอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น อายุการใช้งานจึงเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าที่ความสว่างสูง”
Chan บอกPhysics Worldว่าแม้ว่าผลลัพธ์ของพวกเขาจะแสดงให้เห็นหนึ่งใน OLED สีน้ำเงินบริสุทธิ์ที่ดีที่สุดในวรรณกรรม แต่ก็ยังต่ำกว่ามาตรฐานเชิงพาณิชย์สำหรับพิกเซลสีน้ำเงิน อย่างไรก็ตาม เขาหวังว่าด้วยการวิจัยวัสดุและวิศวกรรมอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง OLED ไฮเปอร์ฟลูออเรสเซนส์เหล่านี้สามารถแทนที่ OLED เรืองแสงสีน้ำเงินในปัจจุบันในจอแสดงผลความละเอียดสูงพิเศษ
“วัสดุอินทรีย์ที่ใช้ใน OLED เหล่านี้สามารถเตรียมได้ง่ายในระดับกรัมถึงกิโลกรัม” Chan กล่าวเสริม “นอกจากนี้ เทคนิคที่สะสมในสุญญากาศซึ่งใช้ในการผลิต OLED เหล่านี้ในบทความนี้ ยังถูกใช้โดยทั่วไปสำหรับการผลิตจอแสดงผล OLED ในตลาดปัจจุบัน”
และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด หัวหน้าทีมArthur Bednarkiewiczบอก กับ Physics Worldว่าผลกระทบที่เกิดขึ้นเนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการดับความเข้มข้น และนั่นมักจะเป็นอันตรายในการเปลี่ยนวัสดุเรืองแสงที่มีแลนทาไนด์ให้สูงขึ้น ปรากฏในวัสดุนี้เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่เชิงบวก คล้ายกับการรับแสง มันจึงทำให้โฟตอนหิมะถล่มได้
การตอบสนองแบบไม่เชิงเส้นที่ไม่เคยมีมาก่อน
นักวิจัยกล่าวว่าการตอบสนองแบบไม่เชิงเส้นอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนหมายความว่าอนุภาคนาโนที่ถล่มลงมาอาจถูกใช้เพื่อสร้างระบบภาพด้วยแสงที่มีความละเอียดเพียง 70 นาโนเมตร ค่านี้จะต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนมาก ซึ่งกำหนดคุณลักษณะที่เล็กกว่าประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสงที่ส่องกระทบไม่สามารถแก้ไขได้
Changhwan Leeหัวหน้าทีมวิจัยและสมาชิกกลุ่ม Schuck กล่าวว่า “ในการประยุกต์ใช้ดังกล่าว Bednarkiewicz กล่าวเสริมว่า “ความคงตัวของแสงที่สมบูรณ์แบบ” ของอนุภาคนาโนที่ถล่มด้วยโฟตอนทำให้พวกเขาได้เปรียบเหนืออนุภาคโพรบอื่น ๆ เช่นสีย้อมอินทรีย์หรือโปรตีนเรืองแสง ในขณะที่การเรืองแสงจากวัสดุอื่น ๆ เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะจางหายไปภายใต้แสงสว่างเป็นเวลานาน Bednarkiewicz กล่าวว่าการปล่อยมลพิษจากอนุภาคนาโน “สามารถอยู่ได้นานเกือบไม่สิ้นสุดและอาจช่วยให้สามารถสังเกตการเลี้ยวเบนย่อยในระยะยาวได้”
Credit : serailmaktabi.com shikajosyu.com signalhillhikerphotography.com socceratleticomadridstore.com
