Hibrydowe stany światła i materii mogą znacząco zwiększyć jasność OLED.

24 lutego 2025

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, zapewniając wiarygodność treści:

sprawdzane pod kątem faktów

publikacja recenzowana przez rówieśników

zaufane źródło

skorygowane

przez University of Turku

Badacze opracowali model teoretyczny, który przewiduje znaczący wzrost jasności organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED) poprzez wykorzystanie nowych stanów kwantowych zwanych polarytonami. Integracja polarytonów do OLEDów efektywnie wymaga odkrycia nowych materiałów, co czyni praktyczne wdrożenie ekscytującym wyzwaniem.

Technologia OLED stała się powszechnym źródłem światła w różnych urządzeniach wyświetlających wysokiej jakości, takich jak smartfony, laptopy, telewizory czy zegarki inteligentne.

Choć OLEDy szybko kształtują aplikacje oświetleniowe swoją elastycznością i przyjaznością dla środowiska, mogą być dość powolne w zamianie prądu elektrycznego na światło, z zaledwie 25% prawdopodobieństwem efektywnego i szybkiego emisji fotonów. To ostatnie jest ważnym warunkiem zwiększenia jasności OLEDów, które zazwyczaj są ciemniejsze od innych technologii światła.

Badacze z Uniwersytetu w Turku, Finlandia, i Uniwersytetu Cornell, USA, zaproponowali teraz model predykcyjny do przezwyciężenia tego problemu. Ich badania zostały opublikowane w Advanced Optical Materials.

OLEDy są urządzeniami elektronicznymi wykonanymi z organicznych związków węgla, które emitują światło, gdy do nich podaje się prąd elektryczny. W wyświetlaczach OLED, same piksele emitują światło, w przeciwieństwie do wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, które używają podświetlenia LED.

Gdy są wciśnięte między dwie półprzezroczyste lustra, organiczne emitory mogą sprzęgnąć się z ograniczonym światłem, tworząc nowe hybrydowe stany światła i materii, zwane polarytonami.

Dostrojenie tych stanów pozwala znaleźć "słodki punkt", w którym pozostałe 75% ciemnych stanów zaczyna stawać się jasnymi polarytonami.

"Choć ogólna idea wykorzystania polarytonów w technologii OLED nie jest zupełnie oryginalna, brakowało teorii, która bada granice wzrostu wydajności. W naszej pracy dokładnie zbadaliśmy, gdzie leży słodki punkt polarytona w różnych scenariuszach.

'Stwierdziliśmy, że siła efektu polarytonowego w wydajności OLEDów zależy od liczby sprzężonych molekuł. Im mniej, tym lepiej," mówi doktor hab. Konstantinos Daskalakis z Uniwersytetu w Turku.

'Z molekułami, które zbadaliśmy i pojedynczą sprzężoną molekułą, efektywność znacząco wzrosła. Stosunek konwersji z ciemnego na jasne światło wzrósł nawet o imponujący czynnik 10 milionów w najlepszym przypadku," mówi doktorant Olli Siltanen.

Przy dużej liczbie molekuł efekt polarytoniczny był znikomy. Dlatego efektywność konwersji z ciemnego na jasne światło obecnych OLEDów nie może być zwiększona po prostu wyposażając je w lustra.

"Następnym wyzwaniem jest opracowanie wykonalnych architektur ułatwiających silne sprzężenie pojedynczych molekuł lub wynalezienie nowych molekuł dostosowanych do OLEDów polarytonowych. Obie strategie są wyzwaniem, ale w rezultacie efektywność i jasność wyświetlaczy OLED mogą znacząco się poprawić," wyjaśnia Daskalakis.

Powszechne przyjęcie OLEDów było hamowane przez wydajność, ale co ważniejsze, przez ograniczenia jasności, zwłaszcza w porównaniu z tradycyjnymi LED-ami nieorganicznymi. Wyniki tego badania wytyczają ścieżkę naprzód, kładąc fundament dla OLEDów, które nie tylko są bardziej wydajne, ale także zdolne do osiągnięcia poziomów wydajności uznanych wcześniej za niemożliwe.

Więcej informacji: Olli Siltanen et al, Zwiększanie Wydajności OLEDów Polarytonowych w Subprzestrzeni Jednokrotnego Wzbudzenia, Advanced Optical Materials (2025). DOI: 10.1002/adom.202403046

Informacje o czasopiśmie: Advanced Optical Materials

Dostarczone przez Uniwersytet w Turku