کاهش یک ساز و کار اتلاف انرژی که قبلاً در دیودهای نور گسیل آلی نادیده گرفته شده بود، محققان را قادر می‌سازد تا کارایی و طول عمر این دستگاه‌ها را افزایش دهند.

رنگ‌های زنده و طراحی ‌های انعطاف‌پذیر دیودهای نور گسیل آلی (organic light-emitting diodes -OLEDs) آن‌ها را به گزینه‌ای محبوب برای نمایشگرهای الکترونیکی مصرفی تبدیل کرده است، اما عملکرد بلند ‌مدت آن‌ها همچنان یک مشکل برای کاربرد در نمایشگرهای خودرو و نورپردازی در مقیاس بزرگ است.

اکنون جاسانگ لی Jaesang Lee از دانشگاه ملی سئول، جی وان کیم در موسسه فناوری پیشرفته سامسونگ و همکارانشان راهی برای تجزیه و تحلیل یک پدیده مهم اما ناشناخته که گسیل نور را کاهش می‌دهد ابداع کرده‌اند و از بینش خود برای افزایش کارایی و طول عمر دستگاه استفاده کرده‌اند[1].

عملکرد OLED به رفتار جفت الکترون-حفره یا اکسایتون‌ها بستگی دارد که در لایه تابشی دستگاه تشکیل می‌شوند. بازدهی بالا را زمانی می توان به دست آورد که بیشتر اکسایتون ها در حین فروافت نور تولید کنند، اما برخی از اکسایتون ها می توانند بدون گسیل نور از طریق فرآیندی به نام خاموش کردن اکسایتون-پلارون (-EPQexciton–polaron quenching) از دست بروند.

اعتقاد بر این بود که EPQ عمدتاً در بخش حجیم لایه تابشی رخ می دهد، اما مطالعات اخیر نشان داده اند که خاموش شدن قابل توجهی می تواند در مرز با لایه های دستگاه مجاور رخ دهد. برای جدا کردن این راه اتلاف انرژی، محققان مجموعه‌ای از دستگاه ‌های دولایه را طراحی کردند که به آنها امکان می‌داد سه عامل فیزیکی را که EPQ مرزی را در هر دستگاه OLED کنترل می‌کنند شناسایی کنند. آنها دریافتند که عامل غالب، اثر سدهای انرژی است که توسط الکترون‌ها و حفره‌ها در مرزها تجربه می‌شود: سد بالاتر از حدود eV0.2 منجر به EPQ مرزی بیشتر می‌شود که افت قابل ‌توجهی را در بازده گسیل به همراه دارد.

با استفاده از این دانش، محققان دستگاه‌های OLED را برای به حداقل رساندن اتلاف ناشی از EPQ مرزی مهندسی کردند که منجر به افزایش بازدهی دستگاه‌های قرمز، سبز و آبی به مقدار به ترتیب %70، %47 و %66 شد. کاهش اتلاف همچنین طول عمر OLEDهای آبی را تا %67 افزایش داد که نتیجه مهمی برای ایجاد نمایشگرهای تمام رنگی با عمر طولانی است.

1. K. Yang et al., “Interfacial exciton-polaron quenching in organic light-emitting diodes,” Phys. Rev. X 14, 041009 (2024).

منبع:

Loss Analysis Boosts OLED Performance