Hienosäätöä tulevien OLED-näyttöjen perusteisiin

Turun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet yhtenäisen mikro-ontelo-OLED -teorian, joka ohjaa tehokkaampien ja kestävämpien näyttölaitteiden suunnittelua.

Työ paljastaa yllättävän kompromissin: valon puristaminen liian tiukasti OLED-näyttöjen sisään voi itse asiassa heikentää suorituskykyä, ja maksimaalinen tehokkuus saavutetaan materiaalin ja onteloiden parametrien herkän tasapainon avulla.

Orgaanisilla valoa emittoivilla diodeilla (OLED) on useita houkuttelevia etuja perinteiseen LED-tekniikkaan verrattuna: ne ovat kevyitä, joustavia ja ympäristöystävällisempiä valmistaa ja kierrättää. Raskasmetallittomat OLEDit voivat kuitenkin olla melko tehottomia, sillä jopa 75 % injektoidusta sähkövirrasta muuttuu lämmöksi.

OLED-näytön tehokkuutta voidaan parantaa sijoittamalla rakenne optisen mikro-ontelon sisään. Sähkömagneettisen kentän puristaminen pakottaa valon poistumaan nopeammin sen sijaan, että se tuhlaisi energiaa lämpönä. "Se on pohjimmiltaan kuin puristaisi hammastahnaa tuubista", selittää apulaisprofessori Konstantinos Daskalakis Turun yliopistosta.

Tietyn puristuskynnyksen jälkeen emittoivan materiaalin ja sähkömagneettisen kentän alkuperäiset energiatasot hybridisoituvat. Näitä sekalaisia valo-ainetiloja kutsutaan polaritoneiksi.

Vaikka polariton-OLEDien staattiset energiatasot tunnetaan hyvin, paljon vähemmän tiedetään siitä, miten puristus vaikuttaa siirtymiin näiden tilojen välillä. Tämän seurauksena polariton-OLEDien kehitys on perustunut pitkälti kokeiluun ja erehdykseen.

Turun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet ensimmäisen teoreettisen mallin, joka selittää, miten nämä siirtymämekanismit muuttuvat puristuksen kasvaessa. Yllättäen malli ennustaa, että hyötysuhteet laskevat polaritonien muodostumisen myötä. Tämä lasku johtuu kahdesta erillisestä vaikutuksesta.

”Vaikka polaritonit emittoivat valoa hyvin nopeasti, ne ovat tyypillisesti satojen tuhansien molekyylien yhteisiä olotiloja, mikä laimentaa niitä populoivia prosesseja”, selittää tutkijatohtori Olli Siltanen. ”Nämä populaatiomekanismit voivat heikentyä entisestään, jos polaritonien energiat ovat liian kaukana alkuperäisistä molekyylienergiatasoista.”

Kehitetyn mallin mukaan mikro-ontelo-OLEDien maksimaalinen hyötysuhde saavutetaan materiaalin ja ontelon parametrien herkän tasapainon avulla. Vaikka malli pitää monia molekyylejä sisältäviä polaritoneja epäedullisina, kaikki toivo ei ole menetetty.

"Vaihtoehtoisten laitearkkitehtuurien avulla voimme vähentää mukana olevien molekyylien määrää sadoista tuhansista vain muutamaan", Daskalakis sanoo. "Tällaisilla OLED-rakenteilla on potentiaalia saavuttaa ennätyksellisiä hyötysuhteita."

Aiheesta aiemmin:

OLEDit valaistukseen

Valon aaltoja pienimpiä valodiodeja

Valon ja aineen hybriditilat voivat parantaa OLED-kirkkautta