Учёные из Киотского университета разработали новый тип органической молекулы, которая значительно сужает спектр излучаемого света в OLED-структурах, приближая его к максимально возможной «чистоте цвета» для таких устройств. Работа опубликована в журнале Science.

Современные светодиоды — как классические LED, так и органические OLED — работают на основе спонтанного излучения света. Оно по своей природе широкополосное, то есть включает сразу множество длин волн. Именно поэтому даже самые качественные дисплеи всё ещё не достигают идеальной цветовой насыщенности: каждый цвет формируется не одной длиной волны, а целым спектром.

Проблема сужения этого спектра считается одной из ключевых задач фотоники. Чем уже излучение, тем ближе оно к «монохроматическому» свету, а значит — тем точнее и насыщеннее отображаются цвета на экранах смартфонов, телевизоров и других устройств.

Команда под руководством Такадзи Хатакэямы (Takuji Hatakeyama) работала с multiple resonance-эмиттерами — молекулами, в которых электронные состояния настроены так, чтобы уменьшать разброс энергий излучения. Эти структуры уже известны своей высокой цветовой чистотой, но даже они до сих пор дают более широкий спектр, чем хотелось бы для идеальных дисплеев.

В новой работе исследователи предложили концепцию усиления этого эффекта за счёт пространственного расширения молекулярной структуры. В результате была создана молекула под названием m-CzB10-Mes — сложная «лестничная» структура, которую можно рассматривать как наноуглеродный каркас с встроенными атомами бора.

Изображение сгенерировано: Nano Banana

Синтез таких соединений считается крайне сложным, однако команде удалось внедрить сразу 10 атомов бора за один этап реакции, используя метод «one-shot borylation» — одностадийное боралирование.

Полученная молекула показала значительно более узкую полосу излучения по сравнению с предыдущими multiple resonance-эмиттерами. Дополнительно она демонстрирует эффективную термически активируемую задержанную флуоресценцию (TADF), которая важна для повышения эффективности OLED-устройств.

Исследователи отмечают, что в лабораторных условиях спектр оказался настолько узким, что напоминал излучение, близкое к лазерному по чистоте, хотя без необходимости стимулированного излучения.

Однако при интеграции в реальные OLED-устройства спектр частично расширяется из-за взаимодействий молекул в твёрдой фазе. Это указывает на следующую ключевую проблему — контроль межмолекулярных эффектов в рабочих материалах.

Несмотря на это, авторы считают, что предложенный подход задаёт новое направление в проектировании органических светодиодов, где ключевым параметром становится не только эффективность, но и предельно узкая спектральная чистота.

В перспективе такие материалы могут привести к дисплеям с заметно более точной цветопередачей и расширенным визуальным диапазоном, а также дать новые инструменты для изучения возбуждённых состояний молекул, которые ранее были «размыты» широкими спектрами излучения.