Forskere opdager en måde at kontrollere farven på OLED'er

Organiske lysemitterende dioder (OLED'er) bruges i smartphones og fjernsyn for at lette visningen af ​​farver med høj kontrast. Konjugerede polymerer anvendes også ofte som organiske halvledere i sådanne dioder. Forskere ved University of Bayreuth har fundet ud af, hvordan disse polymerers rumlige struktur kan bruges til at styre farverne på OLED'erne og bidrage til at øge lysstyrken på skærme. De har nu præsenteret denne hidtil ukendte mekanisme i det videnskabelige tidsskrift Proceedings of the National Academy of Sciences .

Polymerer med en rygrad:rumlige strukturer bestemmer lysets farve

Polymerer, der er velegnede til brug i organiske lysemitterende dioder, spiller en central rolle i de nye forskningsresultater. Takket være kæden dannet ved at forbinde molekylære byggesten, de har en rygrad. Hvis polymererne derefter udsættes for en laserstråle, de absorberer lyset og lagrer det som excitationsenergi. Denne energi spredes langs rygraden. Kort efter, det frigives ved emission af lys.

Hidtil har det været antaget, at farven på det udsendte lys afhænger af, hvor langt excitationsenergien spredes langs polymererne:angiveligt, jo mere bøjede polymererne var, jo mindre afstand er energien spredt over. Imidlertid, videnskabsmændene i Bayreuth har nu tilbagevist denne antagelse. De polymerer, de undersøgte, har rygrad, der er kemisk identiske og bøjet i forskellig grad, men excitationsenergien spreder sig altid over den samme afstand. Bøjede polymerer udsender grønt eller blåt lys, mens aflange polymerer udstråler gult eller rødt lys. "Når disse polymerer kommer til at blive brugt i organiske lysemitterende dioder, deres forskellige rumlige strukturer kan bruges til præcist at kontrollere farven på lyset fra OLED'erne, " forklarede fysiker Dominic Raithel (M.Sc.), hovedforfatter til artiklen, der nu er blevet publiceret i PNAS .

Forskerne i Bayreuth fandt også ud af, at de aflange polymerer har et stillads dannet af dets sidekæder, som stabiliserer den aflange struktur. "Dette resulterer i en særlig fordel for lysemitterende dioder:når aflange polymerer lægges oven på hinanden, stilladserne giver stabilitet. Optisk emission svækkes ikke derved", sagde Raithel, som for nylig afsluttede sin afhandling i University of Bayreuths DFG-finansierede forskertræningsgruppe "Photophysics of Synthetic and Biological Multichromophoric Systems". I denne sammenhæng, naturlige og syntetiske organiske materialer studeres i tæt tværfagligt samarbejde. For eksempel, eksperimentelle fysikere Prof. Dr. Anna Köhler og Prof. Dr. Jürgen Köhler sammen med Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, ekspert i funktionelle polymerer, var involveret i de nye eksperimenter.

Et transatlantisk samspil mellem teori og eksperiment

De sammenlignende eksperimentelle undersøgelser af polymerer gjorde brug af forskellige typer spektroskopimetoder. "En afgørende faktor var enkeltmolekylespektroskopi ved meget lave temperaturer, som Bayreuth forsynede os med sin højtydende infrastruktur til. Ved at bruge denne metode, vi var i stand til at bestemme farven på det udsendte lys og til sidst forlængelsen af ​​excitationsenergien over de kædelignende polymerer, " forklarede Dr. Richard Hildner, der koordinerede forskningen ved University of Bayreuth.

Forskerne i Bayreuth arbejdede tæt sammen med en forskergruppe på Rice University i Houston, Texas. Dr. Lena Simine og professor Dr. Peter J. Rossky foretog omfattende beregninger af polymerstrukturenes indvirkning på farven på det udsendte lys. Sammenkobling af eksperimentelle og teoretiske metoder førte til indsigt i de rumlige strukturer af individuelle polymerkæder, hvilket ville have været umuligt ved brug af traditionelle billeddannelsesteknikker.