Исследователи из Университета Турку (Финляндия) и Корнельского университета (США) разработали теоретическую модель, предсказывающую возможность значительного повышения яркости органических светоизлучающих диодов (OLED) с помощью квантовых состояний, известных как «поляритоны». Результаты этого прорывного исследования опубликованы в журнале "Advanced Optical Materials".
OLED-технология широко применяется в современных устройствах отображения, включая смартфоны, ноутбуки, телевизоры и умные часы. Несмотря на гибкость и экологичность, OLED имеют существенное ограничение в скорости и эффективности излучения света. Только 25% энергии преобразуется в фотоны эффективно и быстро, в то время как остальные 75% представляют собой «темные состояния», которые не излучают свет быстро или эффективно. Этот 25-процентный предел является одной из причин относительно низкой яркости OLED по сравнению с другими технологиями освещения.
Главная цель нового исследования – преодолеть проблему медленного и ограниченного излучения света в OLED путем преобразования «темных состояний» в яркие с помощью поляритонов. Поляритоны представляют собой гибридные состояния света и материи, которые образуются, когда органические излучатели помещаются между двумя полупрозрачными зеркалами.
Механизм улучшения эффективности OLED с помощью поляритонов основан на тонкой настройке этих гибридных состояний. Когда органические излучатели в OLED заключены между двумя полупрозрачными зеркалами, они взаимодействуют с ограниченным светом, образуя поляритоны. Путем настройки этих гибридных состояний исследователи стремятся найти «сладкую точку», в которой оставшиеся 75% «темных состояний» могут перейти в «яркие поляритоны».
Исследователи обнаружили, что сила поляритонного эффекта существенно зависит от количества задействованных молекул. «Мы выяснили, что сила поляритонного эффекта в производительности OLED зависит от количества связанных молекул. Чем меньше, тем лучше», – объясняет доцент Константинос Даскалакис из Университета Турку.
Для одиночной связанной молекулы эффективность улучшается значительно. «С молекулами, которые мы изучали, и одной связанной молекулой эффективность значительно улучшилась. Скорость преобразования темных состояний в яркие увеличилась в лучшем случае в 10 миллионов раз», – отмечает постдокторский исследователь Олли Силтанен из Университета Турку.
Однако для множества молекул поляритонный эффект становится незначительным. Простое добавление зеркал к текущим конструкциям OLED, которые содержат множество молекул, не приводит к существенному повышению яркости.
Хотя общая идея использования поляритонов в технологии OLED не является полностью оригинальной, до сих пор отсутствовала теория, исследующая границы повышения производительности. Данное исследование заполняет этот пробел, предоставляя детальную теоретическую модель.
Для практической реализации поляритонов в OLED необходимо разработать архитектуры, позволяющие осуществить «сильную связь одиночных молекул» на практике, или изобрести новые молекулы, специально предназначенные для OLED на основе поляритонов. Несмотря на сложность этой задачи, доцент Константинос Даскалакис подчеркивает перспективность данного подхода для значительного повышения эффективности и яркости.
Широкое внедрение OLED-технологии до сих пор сдерживалось проблемами эффективности и ограничениями яркости по сравнению с неорганическими светодиодами. Результаты исследования предлагают дорожную карту к созданию OLED с большей эффективностью и яркостью, указывая на возможность достижения ранее недоступных уровней производительности.
Изображение носит иллюстративный характер
OLED-технология широко применяется в современных устройствах отображения, включая смартфоны, ноутбуки, телевизоры и умные часы. Несмотря на гибкость и экологичность, OLED имеют существенное ограничение в скорости и эффективности излучения света. Только 25% энергии преобразуется в фотоны эффективно и быстро, в то время как остальные 75% представляют собой «темные состояния», которые не излучают свет быстро или эффективно. Этот 25-процентный предел является одной из причин относительно низкой яркости OLED по сравнению с другими технологиями освещения.
Главная цель нового исследования – преодолеть проблему медленного и ограниченного излучения света в OLED путем преобразования «темных состояний» в яркие с помощью поляритонов. Поляритоны представляют собой гибридные состояния света и материи, которые образуются, когда органические излучатели помещаются между двумя полупрозрачными зеркалами.
Механизм улучшения эффективности OLED с помощью поляритонов основан на тонкой настройке этих гибридных состояний. Когда органические излучатели в OLED заключены между двумя полупрозрачными зеркалами, они взаимодействуют с ограниченным светом, образуя поляритоны. Путем настройки этих гибридных состояний исследователи стремятся найти «сладкую точку», в которой оставшиеся 75% «темных состояний» могут перейти в «яркие поляритоны».
Исследователи обнаружили, что сила поляритонного эффекта существенно зависит от количества задействованных молекул. «Мы выяснили, что сила поляритонного эффекта в производительности OLED зависит от количества связанных молекул. Чем меньше, тем лучше», – объясняет доцент Константинос Даскалакис из Университета Турку.
Для одиночной связанной молекулы эффективность улучшается значительно. «С молекулами, которые мы изучали, и одной связанной молекулой эффективность значительно улучшилась. Скорость преобразования темных состояний в яркие увеличилась в лучшем случае в 10 миллионов раз», – отмечает постдокторский исследователь Олли Силтанен из Университета Турку.
Однако для множества молекул поляритонный эффект становится незначительным. Простое добавление зеркал к текущим конструкциям OLED, которые содержат множество молекул, не приводит к существенному повышению яркости.
Хотя общая идея использования поляритонов в технологии OLED не является полностью оригинальной, до сих пор отсутствовала теория, исследующая границы повышения производительности. Данное исследование заполняет этот пробел, предоставляя детальную теоретическую модель.
Для практической реализации поляритонов в OLED необходимо разработать архитектуры, позволяющие осуществить «сильную связь одиночных молекул» на практике, или изобрести новые молекулы, специально предназначенные для OLED на основе поляритонов. Несмотря на сложность этой задачи, доцент Константинос Даскалакис подчеркивает перспективность данного подхода для значительного повышения эффективности и яркости.
Широкое внедрение OLED-технологии до сих пор сдерживалось проблемами эффективности и ограничениями яркости по сравнению с неорганическими светодиодами. Результаты исследования предлагают дорожную карту к созданию OLED с большей эффективностью и яркостью, указывая на возможность достижения ранее недоступных уровней производительности.
