L'uso di diodi organici a emissione di luce (OLED) si è esteso a varie applicazioni, ma la loro efficienza è ancora in ritardo rispetto ai diodi emettitori di luce inorganici. In questa ricerca, un team KAIST ha fornito un modo sistematico per produrre OLED con un'efficienza quantistica esterna (EQE) superiore al 50 percento con un mezzo di diffusione esterno.

Avere proprietà adatte a dispositivi sottili e flessibili, Gli OLED sono sorgenti luminose popolari per display, come dispositivi mobili e televisori di alta qualità. Negli ultimi anni, sono stati fatti numerosi sforzi per applicare gli OLED nell'illuminazione e nelle sorgenti luminose per i veicoli.

Per tali applicazioni, l'alta efficienza è della massima importanza per il successo dell'implementazione delle sorgenti luminose. Grazie alla continua ricerca e allo sviluppo degli OLED, la loro efficienza è in costante aumento, e in alcuni rapporti è stato dimostrato un livello equivalente ai LED inorganici.

Però, questi OLED altamente efficienti sono stati spesso realizzati con una lente macroscopica o complesse nanostrutture interne, che mina i vantaggi chiave degli OLED come sorgenti luminose planari convenienti e tende a ostacolare il loro funzionamento stabile, ponendo così un limite alla loro commercializzazione.

Tra i vari metodi che si sono dimostrati efficaci per l'estrazione della luce OLED, un team guidato dal professor Seunghyup Yoo presso la School of Electrical Engineering focalizzato sull'approccio basato sulla dispersione esterna, in quanto può mantenere la geometria planare e la compatibilità con la flessibilità. È anche in grado di essere fabbricato su larga scala a basso costo e non causa interferenze con le proprietà elettriche degli OLED.

Convenzionalmente, la ricerca sul miglioramento dell'estrazione della luce OLED utilizzando la diffusione della luce è stata condotta empiricamente in molti casi. Questa volta, il team ha sviluppato una metodologia completa e analitica per prevedere teoricamente strutture che massimizzano l'efficienza.

Considerando gli OLED con gli strati di diffusione esterni nel loro insieme piuttosto che due entità separate, i ricercatori hanno combinato la descrizione matematica dei fenomeni di dispersione con il modello ottico per l'emissione di luce all'interno di un OLED per prevedere rapidamente le caratteristiche di molti dispositivi con varie strutture. Sulla base di questo approccio, il team ha previsto teoricamente la combinazione ottimale di strati di diffusione e architetture OLED che può portare alla massima efficienza.

Seguendo questa previsione teorica, il team ha prodotto sperimentalmente il film di diffusione della luce ottimale e lo ha incorporato negli OLED con emettitori arancioni con un alto grado di orientamento orizzontale del dipolo. Di conseguenza, il team ha realizzato con successo OLED con un EQE del 56% e un'efficienza energetica di 221 lm/W. Questa è una delle più alte efficienze mai realizzate per un dispositivo con unità OLED senza l'ausilio di una lente macroscopica o di strutture interne di estrazione della luce.

Il professor Yoo ha detto, "Esistono varie tecnologie sviluppate per migliorare l'efficienza di estrazione della luce OLED; tuttavia, la maggior parte di essi non ha raggiunto un livello di utilizzo pratico. Questa ricerca fornisce principalmente un modo sistematico per raggiungere un EQE del 50 percento o superiore negli OLED, tenendo presenti i vincoli per la commercializzazione. L'approccio mostrato qui può essere facilmente applicato a dispositivi di illuminazione o sensori di dispositivi indossabili".