Stati ibridi della luce e della materia possono aumentare significativamente la luminosità degli OLED

24 febbraio 2025

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da Università di Turku

I ricercatori hanno sviluppato un modello teorico che prevede un aumento sostanziale della luminosità dei diodi organici a emissione di luce (OLED) sfruttando nuovi stati quantici chiamati polaritoni. Integrare i polaritoni negli OLED richiede effettivamente la scoperta di nuovi materiali, rendendo l'implementazione pratica una sfida eccitante.

La tecnologia OLED è diventata una fonte luminosa comune in una varietà di dispositivi display di alta gamma, come smartphone, laptop, TV o smartwatch.

Anche se gli OLED stanno rapidamente ridefinendo le applicazioni di illuminazione con la loro flessibilità ed eco-sostenibilità, possono essere piuttosto lenti nel convertire la corrente elettrica in luce, con solo il 25% di probabilità di emettere fotoni in modo efficiente e rapido. Quest'ultimo è una condizione importante per potenziare la luminosità degli OLED, che tendono ad essere più opachi rispetto ad altre tecnologie luminose.

I ricercatori dell'Università di Turku, in Finlandia, e dell'Università di Cornell, negli Stati Uniti, hanno proposto un modello predittivo per superare questo problema. La loro ricerca è stata pubblicata su Advanced Optical Materials.

Gli OLED sono componenti elettronici realizzati con composti organici a base di carbonio che producono luce quando su di essi viene applicata una corrente elettrica. Negli schermi OLED, i pixel stessi emettono luce, a differenza dei display a cristalli liquidi, che utilizzano illuminazione a LED di retroilluminazione.

Quando schiacciati tra due specchi semi-trasparenti, gli emitter organici possono accoppiarsi con la luce confinata, creando nuovi stati ibridi di luce e materia chiamati polaritoni.

Regolando finemente questi stati, è possibile trovare un punto ottimale in cui i restanti stati oscuri del 75% iniziano a diventare invece polaritoni luminosi.

"Anche se l'idea generale di utilizzare i polaritoni nella tecnologia OLED non è del tutto originale, mancava una teoria che esaminasse i limiti dei benefici delle prestazioni. In questo lavoro, abbiamo esaminato attentamente dove si trova il punto ottimale per i polaritoni in diversi scenari.

"Abbiamo scoperto che la forza dell'effetto polaritonico sulle prestazioni degli OLED dipende dal numero di molecole accoppiate. Meno sono, meglio è," dice il professore associato Konstantinos Daskalakis dell'Università di Turku.

"Con le molecole che abbiamo studiato e una singola molecola accoppiata, l'efficienza è migliorata significativamente. Il tasso di conversione da scuro a luminoso è aumentato fino a un incredibile fattore di 10 milioni al massimo," dice il ricercatore post-dottorato Olli Siltanen.

Con un gran numero di molecole, l'effetto polaritonico era trascurabile. Pertanto, il tasso di conversione da scuro a luminoso degli attuali OLED non può essere migliorato semplicemente dotandoli di specchi.

"La prossima sfida è sviluppare architetture fattibili che facilitino il forte accoppiamento di una singola molecola o inventare nuove molecole adatte agli OLED polaritonici. Entrambe le approcci sono impegnativi, ma di conseguenza, l'efficienza e la luminosità degli schermi OLED potrebbero essere notevolmente migliorati," spiega Daskalakis.

L'adozione diffusa degli OLED è stata ostacolata dall'efficienza, ma più importante dalle limitazioni di luminosità, particolarmente se confrontate con i tradizionali LED inorganici. I risultati di questo studio indicano una strada da seguire, gettando le basi per gli OLED che non sono solo più efficienti ma capaci di raggiungere livelli di prestazioni ritenuti impossibili in precedenza.

Maggiori informazioni: Olli Siltanen et al, Miglioramento dell'Efficienza degli OLED Polaritonici Nello Spazio di Eccitazione Singola e Oltre, Advanced Optical Materials (2025). DOI: 10.1002/adom.202403046

Informazioni sulla rivista: Advanced Optical Materials

Fornito da Università di Turku