Американо-германская группа химиков обнаружила, что кольцевые органические полимеры, в отличие от линейных молекул, существенно более эффективны в качестве электролюминесцентных веществ в органических светодиодах (OLED). Исследование опубликовано в Nature Chemistry, а его краткое содержание приводит сайт Университета Юты.
Электролюминесцентный полимер, который создали химики, напоминает колесо: его молекула имеет обод, спицы и втулку. Его эффективность заключается в том, что кольцевые молекулы излучают свет, который не имеет определенной поляризации. Линейные полимеры, которые используются в современных органических светодиодах, ориентированы в одном направлении и излучают поляризованный свет. Это приводит к тому, что до 80 процентов испущенных фотонов вновь поглощаются в самом светодиоде и не попадают наружу.
Структурная формула «молекулы-колеса»
A. Vikas Aggarwal et al., Nature Chemictry, 2013
Как показали авторы, в кольцевых полимерах электролюминесценция происходит иначе. Ученые облучали зафиксированные на подложке индивидуальные молекулы ультрафиолетовым светом и наблюдали за поляризацией переиспускаемых фотонов видимого диапазона. Оказалось, что фотоны в таких молекулах излучались в самых разных направлениях и образующийся свет не имел поляризации. По словам ученых, использование кольцевых «молекул-ротелле» вместо «молекул-спагетти» способно снизить долю захваченного света в светодиодах с 80 до 50-60 процентов.
Органические светодиоды широко используются для изготовления дисплеев электронных устройств. В этой области они имеют существенные преимущества перед жидкокристаллическими (LCD) экранами. Они, например, не требуют подсветки и тратят энергию только на само излучение, за счет чего возможна существенная экономия заряда батареи в мобильных устройствах. На практике, однако, эффективность OLED далека от теоретически возможной. Квантовый выход фотонов в таких устройствах редко превышает 20 процентов, а эффективность голубых светодиодов находится на уровне 4-6 процентов.