Gli OLED


Le proprità fotofisiche dei complessi di Ir3+ bis e tris ciclometallati consentono un loro utilizzo in molte applicazioni fotoniche. Questi composti possono essere impiegati come sensibilizzanti per reazioni redox a sfera esterna, come fotocatalizzatori per la riduzione della CO2, come fotossidanti e come sensibilizzanti dell'ossigeno singoletto14.

Una recente applicazione di questi composti è nel campo degli OLED (Organic Light-Emitting Devices) in cui sono utilizzati come droganti fosforescenti degli strati emittenti.

In particolare il complesso fac-Ir(ppy)3 è stato studiato per questa applicazione a causa dell'elevata efficienza della sua fosforescenza.

I dispositivi, in generale, sono costituiti da due componenti, il primo, detto GUEST, è responsabile delle proprietà luminose, mentre il secondo, detto HOST, è di solito una matrice polimerica conduttrice, che ospita il guest (detto anche dopante)18. I dopanti sono dei fluorofori, in genere complessi dei metalli di transizione possono dare emissione per fluorescenza e/o fosforescenza. Il meccanismo di eccitazione prevede che il campo elettrico ceda energia allo strato HOST e che questo la trasferisca al GUEST, che dallo stato eccitato decadrà per emissione luminosa. Il meccanismo di trasferimento d’energia non è ancora stato del tutto chiarito; in generale sono possibili tre meccanismi di trasferimento energetico55,56:

• TRASFERIMENTO DI FÖRSTER: si tratta di una interazione coulombiana a lungo raggio (40 Å-100 Å) che coinvolge un accoppiamento dipolo-dipolo degli stati di donatore (HOST) e accettare (GUEST)57. I possibili meccanismi di trasferimento sono schematizzabili come segue:

1D* + 1A → 1D + 1A*

3D* + 1A → 1D + 1A*

Lo stato eccitato, così generato, ha sempre configurazione di singoletto.

• TRASFERIMENTO DI DEXTER: si tratta di una interazione a corto raggio in cui l’energia è donata attraverso scambi intramolecolari58. In questo caso viene conservato lo spin elettronico dell’eccitone:

1D* + 1A → 1D + 1A*

3D* + 1A → 1D + 3A*

L'efficienza di tale meccanismo decade velocemente con la distanza; si genera in tal modo sia lo stato di singoletto sia lo stato di tripletto.

• CHARGE-TRAPPING: in questo caso il GUEST assume direttamente una carica ed in seguito all’incontro con una molecola di carica opposta si genera una molecola di GUEST nello stato eccitato59.

La competizione tra i meccanismi visti dipende essenzialmente dal tempo di vita del dopante allo stato eccitato, dalla sua mobilità e dallo spessore dello strato emittente. Comunque sia trasferita l’energia al dopante, questi deve possedere corretti valori dei tempi di vita radiativi, alti valori di resa quantica e corrette lunghezze d’onda, relativamente all’impiego cui sono destinati 60,61. Le molecole impiegate emettono sia per fluorescenza sia per fosforescenza; l’eccitazione tramite elettrochemiluminescenza genera una popolazione allo stato di tripletto superiore a quella che si ottiene per eccitazione fotochimica: considerazioni di tipo teorico, in accordo con i dati sperimentali, dimostrano che il rapporto della popolazione tra gli stati singoletto e tripletto è di 1:4 62. L’uso di complessi di metalli di transizione, 63,64,65, in cui la presenza di un metallo ad alto numero atomico favorisce l'accoppiamento spin-orbita, è preferibile per sfruttare l’emissione per fosforescenza.

La struttura degli OLED si compone di sei strati disposti come in figura:

Struttura di un dispositivo OLED

Il fenomeno dell'elettroluminescenza richiede altri soggetti chimici: i trasportatori di buche e i trasportatori di elettroni, costituenti rispettivamente l'HTL e l'ETL; talvolta inoltre si può trovare anche un ulteriore soggetto chimico, l'HIL, avente il compito di iniettare le buche nell'HTL. In base alla scelta di differenziare o meno questi trasportatori di carica possiamo avere:

Gli OLED a singolo strato: costituiscono la prima e più semplice applicazione degli OLED; lo strato organico è un semiconduttore indifferenziato che racchiude in sé la funzione di entrambi i trasportatori di carica (buche ed elettroni)67,68.

Gli OLED a multi-strato: consistono di uno strato emettitore (EL: emissive layer) racchiuso tra due strati trasportatori rispettivamente di elettroni e di buche, ETL e HTL. Questa struttura serve principalmente a facilitare l'iniezione di elettroni e buche riducendo le barriere energetiche, favorire la ricombinazione di elettroni e buche nell'EL, bloccando gli uni e le altre negli opposti strati trasportatori, limitare lo spegnimento degli eccitoni agli elettrodi spostando la zona di ricombinazione verso il centro del dispositivo.

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