Финны нашли способ удешевить производство OLED-дисплеев, отказавшись от редкоземельных металлов

Финские физики совершили прорыв в области светотехники: им удалось разработать белые светодиоды нового поколения, которые состоят всего из трех основных элементов — одного органического слоя и двух алюминиевых пластин. Это значительно проще и дешевле, чем производить сложные многослойные матрицы, которые используются в современных телевизорах и мониторах. Секрет технологии, подробно описанной в научном журнале Advanced Optical Materials, кроется в использовании плоских оптических резонаторов. Эти микроскопические «ловушки для света» позволяют управлять излучением настолько точно, что отпадает необходимость в импортных или дорогостоящих материалах, а сами диоды становятся энергоэффективными.

Стандартная конструкция белых OLED-панелей предполагает многослойное нанесение красного, зелёного и синего излучателей, нередко содержащих тяжёлые металлы, а также применение индий-оловянного оксида (ITO) — материала на основе редкого и дорогостоящего индия. В новом устройстве вместо этого использован единственный высокоэффективный синий TADF-излучатель DMAC-DPS, заключённый в плоский алюминиевый микрорезонатор.

Управление цветовой палитрой устройства происходит за счет прецизионной настройки микрорезонатора: изменяя толщину излучающего слоя, ученые буквально задают правила усиления конкретных световых волн. В этот процесс вступают поверхностные плазмон-поляритоны — особые колебания, возникающие на границе металла и диэлектрика. Взаимодействуя с резонансами внутри полости, они «растягивают» спектр, превращая узкий синий диапазон в полноценное белое свечение. Такой подход позволяет плавно менять цветовую температуру от уютного теплого оттенка (3 790 К) до строгого холодного (5 050 К), при этом инженерам не требуется использовать люминофоры или сторонние химические примеси.

«Мы доказали, что физика света эффективнее сложной химии. Убрав из состава металлы и оксид индия-олова, мы открыли путь к экологически безопасному освещению. Это упрощает цепочки поставок и делает производство более устойчивым к дефициту ресурсов», — резюмировал доцент Константинос Даскалакис.

Параллельно группа Даскалакиса занимается фундаментальной проблемой КПД OLED-устройств. При электрическом возбуждении лишь 25% электронных состояний органических молекул способны излучать свет — остальные 75% переходят в неизлучающие триплетные состояния, ограничивая общую эффективность устройств. В теоретической работе, опубликованной в том же журнале, исследователи показали, что полариторные состояния — гибридные квантовые состояния света и материи — потенциально позволяют обойти это ограничение.

«Мы также обнаружили, что поляритонный эффект на производительность OLED зависит от числа связанных молекул — чем меньше, тем лучше. При работе с одной связанной молекулой эффективность конверсии тёмных состояний в светлые выросла в 10 миллионов раз», — сообщил постдокторант Олли Силтанен.

Следующий этап работы — тестирование яркости, стабильности и долговечности прототипов для перехода от лабораторных условий к реальным продуктам. Патент на технологию одиночного излучателя (PCT/FI2024/050710) подан Университетом Турку.

Источник: alphagalileo.org