Hybridtillstånd av ljus och materia kan markant förbättra OLED:s ljusstyrka.

24 februari 2025 Denna artikel har granskats enligt Science X redaktionella process och riktlinjer. Redaktörerna har betonat följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet: faktakollad, granskad av jämlikar och pålitlig källa, korrekturläst av Universitetet i Åbo Forskare har utvecklat en teoretisk modell som förutsäger en betydande ökning av ljusstyrkan hos organiska ljusemitterande dioder (OLEDs) genom att dra nytta av nya kvanttillstånd som kallas polariton. Att integrera polaritoner i OLEDs kräver effektivt att upptäcka nya material, vilket gör praktisk implementering till en spännande utmaning. OLED-tekniken har blivit en vanlig ljuskälla i olika avancerade display-enheter, som smartphones, laptops, TV-apparater eller smarta klockor. Medan OLEDs snabbt omformar belysningsapplikationer med sin flexibilitet och miljövänlighet, kan de vara ganska långsamma på att omvandla elektrisk ström till ljus, med endast 25% sannolikhet att effektivt och snabbt avge foton. Det senare är en viktig förutsättning för att öka ljusstyrkan hos OLEDs, som tenderar att vara svagare än andra ljustekniker. Forskare från Universitetet i Åbo, Finland, och Cornell University, USA, har nu föreslagit en prediktiv modell för att övervinna detta problem. Deras forskning publiceras i Advanced Optical Materials. OLEDs är elektroniska komponenter tillverkade av organiska kolbaserade föreningar som producerar ljus när en elektrisk ström appliceras på dem. I OLED-displayer avger pixlarna själva ljus, till skillnad från flytande kristalldisplayer som använder LED-bakgrundsbelysning. När de är inspärrade mellan två halvgenomskinliga speglar kan de organiska emitterarna koppla med det inneslutna ljuset och skapa nya hybridtillstånd av ljus och materia kallade polaritoner. Genom att finjustera dessa tillstånd är det möjligt att hitta en "sweet spot" där de återstående 75% mörka tillstånd börjar bli ljusa polaritoner istället. "Även om den generella idén att använda polaritoner i OLED-tekniken inte är helt original, har en teori som undersöker gränserna för prestandavinster saknats. I detta arbete undersökte vi noggrant var polaritonens "sweet spot" ligger i olika scenarier. "Vi fann att styrkan av polaritonisk effekt i OLEDs prestanda beror på antalet kopplade molekyler. Ju färre, desto bättre," säger biträdande professor Konstantinos Daskalakis från Universitetet i Åbo. "Med de molekyler vi studerade och en enda kopplad molekyl förbättrades effektiviteten avsevärt. Mörk-till-ljus omvandlingsfrekvensen ökade med upp till 10 miljoner gånger som mest," säger postdoktoranden Olli Siltanen. Med ett stort antal molekyler var den polaritoniska effekten försumbar. Därför kan den mörk-till-ljus omvandlingsfrekvens som nuvarande OLEDs inte förbättras enbart genom att utrusta dem med speglar. "Nästa utmaning är att utveckla genomförbara arkitekturer som möjliggör stark koppling av enstaka molekyler eller uppfinna nya molekyler som är skräddarsydda för polariton-OLEDs. Båda tillvägagångssätten är utmanande, men som ett resultat kan effektiviteten och ljusstyrkan hos OLED-displayer förbättras avsevärt," förklarar Daskalakis. Den spridda användningen av OLEDs har hämmats av effektivitet, men framför allt av ljusstyrkebegränsningar, särskilt jämfört med traditionella oorganiska LED. Resultaten av denna studie erbjuder en väg framåt och lägger grunden för OLEDs som inte bara är mer effektiva utan också kan uppnå prestandanivåer som tidigare ansågs omöjliga. Mer information: Olli Siltanen et al, Förbättrar effektiviteten hos polariton-OLEDs i och bortom enkelt excitationsubrymd, Advanced Optical Materials (2025). DOI: 10.1002/adom.202403046 Tidskriftsinformation: Advanced Optical Materials Tillhandahållet av: Universitet i Åbo