Conceito físico fundamental garantirá telas com cores mais brilhantes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/03/2023

Para caracterizar os OLEDs, os píxeis emissores são examinados de forma automática sob diferentes ângulos de visão. Os OLEDs de polariton apresentam uma impressão de cor brilhante e estável em uma ampla faixa angular.
[Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6]

OLEDs de próxima geração

Os OLEDs (diodos emissores de luz orgânicos) conquistaram o mercado de monitores nos últimos anos, dos celulares de alta resolução às telas de televisão do tamanho de uma parede.

No entanto, a indústria e a ciência enfrentam vários desafios na criação da próxima geração de telas com saturação de cor, brilho e eficiência ainda maiores. Acontece que as moléculas orgânicas das quais os OLEDs são feitos têm espectros de emissão intrinsecamente amplos, uma propriedade que limita o espaço de cores disponível e a saturação, atrapalhando a meta de fazer monitores ainda melhores.

Filtros de cores ou ressonadores ópticos podem ser usados para estreitar artificialmente os espectros de emissão de OLEDs para contornar esse problema, mas os ganhos vêm em detrimento da eficiência ou levam a uma forte interferência do ângulo de visão na percepção da cor.

Andreas Mischok e colegas das universidades de Colônia (Alemanha) e Santo André (Escócia) tiveram que procurar fundo para encontrar uma solução para esse dilema.

E eles encontraram a resposta em um princípio científico fundamental, o forte acoplamento que ocorre quando a luz atinge a matéria. E esse acoplamento pode ser usado para alterar os espectros de emissão dos OLEDs, evitando a mudança de cor em ângulos de visão oblíquos.

Teste dos novos OLEDs em superfícies curvas, para uso em telas flexíveis, por exemplo.
[Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6]

Acoplamento luz-matéria

Quando os fótons da luz atingem a matéria, eles interagem com os elétrons dos átomos para formar quasipartículas conhecidas como éxcitons. Quando os fótons se acoplam fortemente a essas quasipartículas, eles formam polaritons.

Esse princípio fundamental de interação pode ser comparado à energia transferida entre dois pêndulos acoplados, exceto que aqui são a luz e a matéria que estão se acoplando e trocando energia continuamente.

Esses polaritons eventualmente emitem luz novamente, lançando novos fótons. Assim, colocar todas as camadas que formam os OLEDs entre espelhos finos feitos de materiais metálicos, que já são amplamente utilizados na indústria de telas, o acoplamento entre a luz e o material orgânico pode ser significativamente melhorado. O problema é que o forte acoplamento leva inevitavelmente a uma baixa eficiência elétrica.

Foi este problema que a equipe conseguiu resolver agora, o que foi feito adicionando um filme fino composto por moléculas fortemente absorvedoras de luz, semelhantes às já usadas nas células solares orgânicas, mas que nunca haviam dado bons resultados em OLEDs. A camada adicional maximizou o efeito de acoplamento forte, mas sem reduzir significativamente a eficiência das moléculas emissoras de luz no OLED.

"Ao gerar polaritons, podemos transferir algumas das propriedades vantajosas da matéria para nossos OLEDs, incluindo sua dependência angular significativamente menor, de modo que a impressão de cores de uma tela permaneça brilhante e estável de qualquer perspectiva," disse Mischok.

Todos os materiais usados já são conhecidos da indústria.
[Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6]

Usos imediatos e futuros

Como só foram utilizados materiais já empregados pela indústria, e como os OLEDs de polaritons apresentaram saturação e estabilidade de cores muito superiores, a novidade deverá ser adotada imediatamente pela indústria.

A produção sob demanda e eficiente de um grande número de polaritons também pode ser usada para uma ampla gama de outras aplicações, dos lasers à computação quântica.

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