Durchbruch macht zirkuläre OLED-Polarisation elektrisch schaltbar
Forscher kontrollieren links- oder rechtspolarisiertes Licht durch Ladungsausgleich in einem einzelnen chiralen Polymer
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Forscher der Universität Oxford haben erstmals einen Ansatz gefunden, um organische LEDs (OLEDs) elektrisch so zu schalten, dass sie entweder links- oder rechtshändig zirkular polarisiertes Licht aussenden, ohne die lichtemittierenden Moleküle zu verändern. Dies könnte für eine Reihe von technologischen Anwendungen nützlich sein, von energieeffizienteren OLED-Displays bis hin zur optischen Informationsübertragung. Sie beschreiben ihre Ergebnisse in einer Studie, die heute (26. November) in Nature Photonics veröffentlicht wurde.
Ein Foto eines OLED-Bauteils aus der Studie. Bildnachweis: Matt Fuchter, University of Oxford.
Matt Fuchter, University of Oxford.
Normalerweise wird die Richtungsabhängigkeit des zirkular polarisierten Lichts von LEDs durch die Wahl einer bestimmten Spiegelbildform des lichtemittierenden Moleküls im Gerät gesteuert. Diese spiegelbildlichen Formen werden als links- oder rechtshändig oder chiral bezeichnet, vergleichbar mit der Wahl, ob sich ein Korkenzieher nach links oder nach rechts dreht. Die Händigkeit des Moleküls steuert die Händigkeit des emittierten Lichts. Dazu müssen beide spiegelbildlichen Formen des Moleküls zur Verfügung stehen, deren Herstellung komplex und teuer ist.
Nun hat ein Team der Universität Oxford zum ersten Mal gezeigt, dass sowohl links- als auch rechtshändige Formen von zirkular polarisiertem Licht durch nur eine Spiegelform des Moleküls in einer OLED erzeugt werden können.
Den Forschern ist es gelungen, die Händigkeit des emittierten Lichts elektrisch umzuschalten, ohne das Material selbst zu verändern. Sie erreichten dies, indem sie emittierende Materialien entwickelten, die ungewöhnliche Effekte auf zirkular polarisiertes Licht zeigen, und indem sie die Art und Weise, wie sich die elektronischen Ladungen innerhalb des Bauelements rekombinieren, sorgfältig kontrollierten. Je nachdem, ob der Ladungstransport ausgeglichen oder unausgeglichen ist, erzeugt das Gerät die eine oder andere Spiegelform von zirkular polarisiertem Licht. Der Schlüssel zu diesem unerwarteten Ergebnis ist die Verwendung eines organischen, polymeren, emittierenden Materials in der Vorrichtung, das sich selbst zu einer stark verdrehten Struktur zusammenfügt.
Die Kontrolle der Lichtpolarisation ist von besonderem Interesse für aktuelle und künftige Technologien wie stromsparende Displays, verschlüsselte Kommunikation und leistungsstarke Quantenanwendungen. "Durch die Hinzufügung der zirkularen Polarisation können zusätzliche Informationen in das Lichtsignal kodiert werden", erklärt Professor Matthew Fuchter (Department of Chemistry, University of Oxford), der Hauptautor der Studie. "Anstatt dass das Signal einfach nur ein- oder ausgeschaltet ist, könnte es zusätzlich ein- und links oder ein- und rechts sein. "
Bisherige Methoden zur Steuerung der zirkularen Polarisation von OLED-Licht beruhten auf der Trennung verschiedenhändiger Formen desselben Moleküls, ein Prozess, der mühsam, teuer und schlecht skalierbar ist. Dieser neue Ansatz stellt daher einen Paradigmenwechsel bei der Herstellung zirkular polarisierter LEDs mit kontrollierbarer zirkularer Polarisation dar.
Spannenderweise zeigt die Studie des Teams neue grundlegende Zusammenhänge zwischen der Chiralität der Moleküle und der Chiralität des Lichts, die allgemein als optische Aktivität bezeichnet wird. Das Team hofft, dass diese grundlegenden Erkenntnisse über die Physik chiraler organischer Materialien den Weg zu neuen Anwendungen in Bereichen wie fortschrittlichen Displays, sicheren Kommunikationssystemen und Quantentechnologien ebnen werden.
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