Hybride toestanden van licht en materie kunnen de helderheid van OLED aanzienlijk verhogen.

24 februari 2025

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt om de geloofwaardigheid van de inhoud te waarborgen:

feitengecheckt

peer-reviewed publicatie

betrouwbare bron

gecontroleerd op spelfouten

door Universiteit van Turku

Onderzoekers hebben een theoretisch model ontwikkeld dat een aanzienlijke toename voorspelt in de helderheid van organische lichtgevende diodes (OLEDs) door gebruik te maken van nieuwe kwantumtoestanden genaamd polaritonen. Het integreren van polaritonen in OLEDs vereist effectief de ontdekking van nieuwe materialen, waardoor praktische implementatie een spannende uitdaging wordt.

OLED-technologie is een veelvoorkomende lichtbron geworden in verschillende high-end displayapparaten, zoals smartphones, laptops, tv's of smartwatches.

Hoewel OLEDs snel verlichtingstoepassingen transformeren met hun flexibiliteit en milieuvriendelijkheid, kunnen ze behoorlijk langzaam zijn bij het omzetten van elektrische stroom in licht, met slechts een kans van 25% op efficiënt en snel fotonen uitstralen. Dit laatste is een belangrijke voorwaarde om de helderheid van OLEDs te verhogen, die doorgaans minder fel zijn dan andere lichttechnologieën.

Onderzoekers van de Universiteit van Turku, Finland, en Cornell University, VS, hebben nu een voorspellend model voorgesteld om dit probleem te overwinnen. Hun onderzoek is gepubliceerd in Advanced Optical Materials.

OLEDs zijn elektronische componenten gemaakt van organische koolstofgebaseerde verbindingen die licht produceren wanneer er een elektrische stroom op wordt aangebracht. In OLED-displays stralen de pixels zelf licht uit, in tegenstelling tot vloeibare kristaldisplays die LED-achtergrondverlichting gebruiken.

Wanneer ze tussen twee halfdoorlatende spiegels worden geplaatst, kunnen de organische emitters koppelen met het ingekapselde licht, waardoor nieuwe hybride toestanden van licht en materie genaamd polaritonen ontstaan.

Door deze toestanden nauwkeurig af te stemmen, is het mogelijk om een ​​ideale situatie te vinden waar de overgebleven 75% donkere toestanden beginnen heldere polaritonen te worden.

'Hoewel het algemene idee om polaritonen in de OLED-technologie te gebruiken niet helemaal origineel is, ontbrak een theoretisch kader dat de grenzen van prestatieverbetering onderzoekt. In dit werk hebben we zorgvuldig onderzocht waar het polaritonische sweet spot ligt in verschillende scenario's.

'We hebben ontdekt dat de kracht van het polaritonische effect in de prestaties van OLEDs afhangt van het aantal gekoppelde moleculen. Hoe minder, hoe beter,' zegt universitair hoofddocent Konstantinos Daskalakis van de Universiteit van Turku.

'Met de moleculen die we hebben bestudeerd en een enkel gekoppeld molecuul, verbeterde de efficiëntie aanzienlijk. De conversiesnelheid van donker naar helder steeg op zijn best met een factor van maar liefst 10 miljoen,' zegt postdoctoraal onderzoeker Olli Siltanen.

Bij een groot aantal moleculen was het polaritonische effect verwaarloosbaar. Daarom kan de conversiesnelheid van donker naar helder van hedendaagse OLEDs niet eenvoudig worden verbeterd door ze alleen van spiegels te voorzien.

'De volgende uitdaging is het ontwikkelen van haalbare architecturen die sterke koppeling met enkelvoudige moleculen mogelijk maken of het uitvinden van nieuwe moleculen die zijn afgestemd op polariton OLEDs. Beide benaderingen zijn uitdagend, maar als gevolg hiervan zou de efficiëntie en helderheid van OLED-displays aanzienlijk verbeterd kunnen worden,' legt Daskalakis uit.

De wijdverbreide adoptie van OLEDs is bemoeilijkt door efficiëntie, maar nog belangrijker door helderheidslimieten, vooral in vergelijking met traditionele anorganische LED's. De resultaten van dit onderzoek bieden een pad vooruit, waarbij de basis wordt gelegd voor OLEDs die niet alleen efficiënter zijn, maar ook prestatieniveaus kunnen bereiken die eerder als onmogelijk werden beschouwd.

Meer informatie: Olli Siltanen et al, Enhancing the Efficiency of Polariton OLEDs in and Beyond the Single‐Excitation Subspace, Advanced Optical Materials (2025). DOI: 10.1002/adom.202403046

Tijdschriftinformatie: Advanced Optical Materials

Geleverd door: Universiteit van Turku