Ein Forscherteam der Universität zu Köln (Deutschland) und der College of St. Andrews (Schottland) hat in einer neuen Studie gezeigt, wie ein grundlegendes physikalisches Konzept genutzt werden kann, um die Farbbrillanz von Smartphone-, Laptop- oder TV-Bildschirmen ohne Energieeinsparungen zu steigern Effizienz. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Naturphotonik.
Organische Leuchtdioden (OLEDs) haben in den letzten Jahren den Markt für Presentations erobert – vom hochauflösenden Smartphone bis zum wandgroßen Fernsehbildschirm. Industrie und Wissenschaft stehen jedoch vor mehreren Herausforderungen bei der Entwicklung der nächsten Gerätegeneration mit noch höherer Farbsättigung, Helligkeit und Effizienz. Die organischen Moleküle, aus denen OLEDs hergestellt werden, haben von Natur aus breite Emissionsspektren – eine Eigenschaft, die den verfügbaren Farbraum und die Sättigung für Top-Finish-Presentations einschränkt. Farbfilter oder optische Resonatoren können verwendet werden, um die Emissionsspektren von OLEDs künstlich einzuengen, um dieses Downside zu umgehen. Dies geht jedoch entweder zu Lasten der Effizienz oder führt zu einer starken Abhängigkeit der wahrgenommenen Farbe vom Betrachtungswinkel.
Forscher der beiden Universitäten haben nun gezeigt, dass ein grundlegendes wissenschaftliches Prinzip – die starke Kopplung von Licht und Materie – genutzt werden kann, um die Emissionsspektren von OLEDs zu verändern und gleichzeitig die Farbänderung bei schrägen Betrachtungswinkeln zu vermeiden. Wenn Photonen (Licht) und Exzitonen (Materie) eine ausreichend große Wechselwirkung miteinander zeigen, können sie stark koppeln, wodurch sogenannte Exziton-Polaritonen entstehen. Das Prinzip lässt sich mit der Übertragung von Energie zwischen zwei gekoppelten Pendeln vergleichen, nur dass hier Licht und Materie miteinander koppeln und ständig Energie austauschen. Diese Polaritonen senden schließlich wieder Licht aus. Durch die Einbettung des gesamten Schichtstapels der OLED zwischen dünnen Spiegeln aus metallischen Materialien, die in der Displayindustrie bereits weit verbreitet sind, lässt sich die Kopplung zwischen Licht und organischem Subject matter deutlich verbessern. Bisher führte jedoch eine starke Kopplung in OLEDs zwangsläufig zu einem geringen elektrischen Wirkungsgrad. Um dies zu vermeiden, fügten die Forscher einen separaten dünnen Movie aus stark lichtabsorbierenden Molekülen hinzu, ähnlich denen, die bereits in organischen Solarzellen verwendet werden, jedoch nicht in OLEDs. Die zusätzliche Schicht maximierte den Effekt der starken Kopplung, ohne jedoch die Effizienz der lichtemittierenden Moleküle in der OLED signifikant zu verringern.
„Durch die Erzeugung von Polaritonen können wir einige der vorteilhaften Eigenschaften der Materie auf unsere OLEDs übertragen – darunter deren deutlich geringere Winkelabhängigkeit, sodass der Farbeindruck eines Presentations aus jeder Perspektive brillant und stabil bleibt“, sagte Dr. Andreas Mischok zunächst Autor der Studie.
Obwohl in der Vergangenheit über Polariton-basierte OLEDs berichtet wurde, waren ihre Energieeffizienz und Helligkeit gering. Dies hat praktische Anwendungen verhindert und sie hauptsächlich auf die Grundlagenforschung beschränkt gehalten. Mit der neuen Strategie ist es dem Workforce nun erstmals gelungen, Polariton-basierte OLEDs mit praxistauglicher Effizienz und Helligkeit zu realisieren.
Professor Malte Accumulate, der die Studie leitete, ist überzeugt: „Mit einer Effizienz und Helligkeit vergleichbar mit OLEDs, die in kommerziellen Presentations verwendet werden, aber mit einer deutlich verbesserten Farbsättigung und Farbstabilität, sind unsere Polariton-basierten OLEDs von großem Interesse für die Show-Industrie. „
Die bedarfsgerechte und effiziente Produktion einer großen Anzahl von Polaritonen ist nicht nur für die nächste Era von Presentations related, sondern kann auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen genutzt werden – von Lasern bis hin zu Quantencomputing.