Красный OLED с эффективностью 25,6% при 10 000 кд·м−2 на основе встраивания селена в структуру множественного резонанса

Ярче и краснее экраны без драгоценных металлов

Современные телефоны, телевизоры и шлемы виртуальной реальности используют крошечные источники света — OLED — для получения насыщенных изображений. Создание глубокого, чистого красного цвета, который остаётся ярким и эффективным при высокой яркости экрана, долгое время оставалось сложной задачей, особенно без применения дорогих драгоценных металлов вроде иридия. В этой работе описан новый подход к проектированию материалов, излучающих в красной области, которые сохраняют эффективность даже при очень большой яркости, что указывает путь к более чётким, энергоэффективным и более дешёвым в производстве дисплеям.

Почему с красным светом так сложно справиться

OLED преобразуют электрическую энергию в свет внутри ультратонких органических слоёв. Для требований дисплеев сверхвысокого разрешения инженерам нужен свет с очень чистым цветом и высокой эффективностью. Многообещающим классом материалов являются эмиттеры TADF с эффектом множественного резонанса — они обеспечивают это для синего и зелёного светa, но красные варианты отстают. При высокой яркости эти красные эмиттеры теряют многие возбуждённые состояния в виде тепла вместо света — явление, известное как «провал эффективности» (efficiency roll‑off). Корень проблемы в том, что они слишком медленно перерабатывают определённый тип возбужденного состояния, поэтому эти состояния накапливаются и взаимодействуют друг с другом, выключая излучение вместо его усиления.

Добавление одного атома меняет правила

Исследователи решили эту проблему, аккуратно перестроив молекулу-излучатель вокруг одного более тяжёлого атома — селена. Они взяли известную молекулярную рамку, уже дающую узкое и чистое излучение, затем вставили в ключевую позицию серу или селен и зафиксировали структуру объёмными заместителями, чтобы предотвратить агрегацию. Расчёты и рентгеноструктурные исследования показывают, что замена на селен слегка искажает молекулу и усиливает взаимодействия между электронными состояниями, которые контролируют скорость обратного превращения тёмных триплетных состояний в яркие синглетные. Это одновременно уменьшает энерговый разрыв, который нужно преодолеть, и повышает внутреннее связывание, обеспечивая более быстрый цикл переработки возбуждений.

Как более быстрая переработка улучшает устройства

Измерения в растворе и в тонких плёнках подтверждают, что селено‑содержащая молекула, названная tFSeBN, излучает узкий красный свет около 607 нанометров с практически отсутствующими потерями: около 98% поглощённой энергии превращается в свет. Временные измерения показывают, что отложенное (delayed) излучение у неё одновременно сильное и необычно быстрое, что указывает на эффективную утилизацию триплетных состояний. В полном OLED‑устройстве tFSeBN обеспечивает внешнюю квантовую эффективность примерно 35% при умеренной яркости и сохраняет более четверти этой эффективности при очень высокой яркости 10 000 кд/м². По сравнению с похожими молекулами без селена её показатели при большой яркости значительно лучше, что подтверждает: ускоренная переработка возбуждений резко снижает обычный провал эффективности.

Использование новой молекулы как «энергетического посредника»

Поскольку tFSeBN так хорошо захватывает и повторно испускает энергию, команда также рассмотрела её в роли «сенситайзера», передающего энергию другому ультрачистому красному эмиттеру. В такой схеме tFSeBN сначала собирает электрические возбуждения, а затем через дальнодействующий перенос энергии передаёт их красной молекуле RBNO2, которая даёт ещё более глубокий красный цвет, соответствующий промышленным цветовым целям. Продуманная молекулярная конструкция обеспечивает сильный дальнодействующий перенос и одновременно блокирует краткодействующие пути, приводящие к потерям. Устройства, собранные по этой схеме, достигают чистого красного излучения, близкого к строгому цветому стандарту BT.2020, при этом трёхкратно и более повышая эффективность по сравнению с использованием только RBNO2 и сохраняя хорошую работу при практических уровнях яркости экрана.

Что это значит для будущих дисплеев

Для неспециалиста ключевая мысль в том, что авторы показали: изменение всего одного атома внутри светорассеивающей молекулы может решить важную проблему для высокопроизводительных красных OLED. Встраивая селен в тонко настроенную рамку, они создают материал, который ярко светится красным с минимальными потерями даже при сильной нагрузке, а также способен повысить характеристики других красных эмиттеров. Эта стратегия одноатомной инженерии открывает путь к эффективным красным пикселям без драгоценных металлов, помогая будущим дисплеям стать более насыщенными, энергоэффективными и потенциально более дешёвыми в производстве.

Цитирование: Pu, Y., Cai, X., Li, C. et al. Red OLED with efficiency of 25.6% at 10,000 cd m⁻² based on selenium embedding multiple resonance framework. Light Sci Appl 15, 191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02220-w

Ключевые слова: красные OLED, материалы TADF, эмиттеры множественного резонанса, допирование селеном, гиперфлюоресцентные дисплеи