جهش کوانتومی در فناوری OLED: طول عمر ۲۵۰ برابری PHOLED آبی

به گزارش فرارو به نقل از University of Michigan، هسته اصلی این پیشرفت در طراحی جدید کاتد و آند "Purcell تقویت‌شده با پولاریتون (PEP)" نهفته است که منجر به ایجاد دستگاه "PEP-PHOLED" شده است. این طراحی جدید به طور چشمگیری طول عمر PHOLEDهای آبی را ۲۵۰ برابر در مقایسه با دستگاه‌های PHOLED تک‌لایه معمولی افزایش داده است. یکی از چالش‌های اصلی در OLEDهای آبی، پدیده نابودی اکسیتون-اکسیتون (exciton-exciton annihilation) بوده است، جایی که حالت‌های برانگیخته درون مولکول‌های تولیدکننده نور آبی با یکدیگر برخورد می‌کنند و منجر به از دست دادن انرژی و تخریب مولکولی می‌شوند. تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور استیون فارست، این مشکل را با ایجاد مفهومی به نام "مسیر سریع اکسیتون" در ساختار دستگاه حل کردند. این "مسیر سریع" یک طراحی نوری پیشرفته است که ریشه در مکانیک کوانتومی دارد و به طور خاص برای تسریع تبدیل انرژی حالت برانگیخته به نور آبی مهندسی شده است. این امر با گنجاندن یک لایه نازک از یک نیمه‌رسانای مبتنی بر کربن بر روی الکترود منفی حاصل می‌شود. این لایه انتقال کارآمد انرژی اکسیتون به پلاسمون‌های سطحی روی الکترودها را تسهیل می‌کند که سپس این انرژی را به فوتون‌های آبی تبدیل می‌کنند. نکته مهم این است که این مکانیزم به عمق بیشتری از ماده ساطع‌کننده نور گسترش می‌یابد و به اکسیتون‌های دورتر از الکترود نیز اجازه می‌دهد از این مسیر انتقال انرژی بهبودیافته بهره‌مند شوند. "مشکل آبی" عامل اصلی محدودکننده پتانسیل کامل OLEDها از نظر کارایی و پذیرش گسترده بوده است. با حل این مشکل، مسیر برای PHOLEDهای یکنواخت و با عملکرد بالا در تمام رنگ‌های اصلی هموار می‌شود. این فقط یک بهبود جزئی نیست، بلکه رفع یک مانع اساسی است. این پیشرفت، انتقال به نمایشگرهای OLED با بهره‌وری انرژی بیشتر، زنده‌تر و بادوام‌تر را در طیف وسیع‌تری از لوازم الکترونیکی مصرفی، از گوشی‌های هوشمند و تبلت‌های فوق‌نازک گرفته تا تلویزیون‌های بزرگ و احتمالاً هدست‌های واقعیت افزوده/مجازی، تسریع خواهد کرد. مصرف‌کنندگان از نمایشگرهای روشن‌تر، با دقت رنگی بالاتر و طول عمر بیشتر بهره‌مند خواهند شد که دفعات تعویض دستگاه را کاهش داده و به طور بالقوه مصرف انرژی را نیز پایین می‌آورد. این امر می‌تواند نوآوری در فرم‌فاکتورهای جدید مانند نمایشگرهای واقعاً انعطاف‌پذیر یا شفاف را نیز تحریک کند، زیرا کارایی رنگ اصلی دیگر یک عامل محدودکننده نیست.  

موفقیت در نمایش PHOLEDهای آبی با طول عمر طولانی‌تر، آن‌ها را به طور قابل توجهی به تجاری‌سازی گسترده نزدیک‌تر می‌کند و پتانسیل کامل آن‌ها را برای ادغام در تلویزیون‌های رده بالا و نمایشگرهای گوشی‌های هوشمند پرچمدار آزاد می‌سازد. معیارهای عملکرد گزارش‌شده بسیار چشمگیر هستند: یک دستگاه PEP-PHOLED تاندم مبتنی بر کمپلکس پلاتین روی زیرلایه‌های شیشه‌ای تخت، طول عمری معادل ۱۸۰۰ ساعت (LT90 در ۵۰۰ cd/m2) با بازده کوانتومی خارجی (EQE) ۵۶٪ در دید مستقیم را به دست آورده است. این ارقام نشان‌دهنده بهبود قابل توجهی نسبت به فناوری‌های قبلی OLED آبی است. اعتبار سنجی قوی صنعتی، با تأیید این مواد جدید توسط Universal Display (یک توسعه‌دهنده اصلی مواد OLED) و LG Display (یک تولیدکننده پیشرو پنل)، احتمال بالایی از پذیرش و ادغام سریع در محصولات نمایشگر آینده را نشان می‌دهد. این پیشرفت می‌تواند آخرین قطعه مورد نیاز برای تحقق کامل وعده PHOLEDها در معماری‌های استاندارد نمایشگرهای تجاری باشد. استفاده کنونی از OLEDهای فلورسنت آبی کم‌بازده‌تر، به معنای مصرف برق بیشتر برای نمایشگرها است. افزایش ۲۵۰ برابری طول عمر PHOLED آبی و بهبود قابل توجه کارایی مستقیماً به کاهش قابل ملاحظه انرژی مورد نیاز برای تغذیه نمایشگرها در طول عمر عملیاتی آن‌ها منجر می‌شود. این امر پیامدهای زیست‌محیطی قابل توجهی دارد. کاهش مصرف انرژی در میلیاردها دستگاه در سراسر جهان به کاهش انتشار کربن کمک خواهد کرد. علاوه بر این، افزایش طول عمر دستگاه به معنای تولید زباله‌های الکترونیکی کمتر است، زیرا محصولات برای مدت طولانی‌تری عملکردی باقی می‌مانند. این با اهداف جهانی پایداری و فشارهای وارد بر شرکت‌های فناوری برای کاهش ردپای زیست‌محیطی آن‌ها همسو است و به طور بالقوه فناوری OLED را به انتخابی مسئولانه‌تر از نظر زیست‌محیطی برای دستگاه‌های الکترونیکی آینده تبدیل می‌کند.