Технология органических светодиодов (OLED) широко используется при изготовлении бытовой электроники: телефонов, телевизоров, компьютеров. Одним из ее недостатков является необходимость использования поляризаторов – оптических фильтров, улучшающих контрастность OLED-устройств, но яркость при этом снижается почти в два раза. Ученые физического факультета Томского государственного университета ищут новые оптически активные молекулы, которые позволят отказаться от поляризаторов и тем самым повысят эффективность технологии. С помощью программного кода они изучают фотофизические характеристики новых веществ и при поддержке гранта РНФ создадут прототипы OLED-устройств пятого поколения.
Проект физиков ТГУ «Новые механизмы получения эффективной электролюминесценции для задач органической электроники» поддержан грантом Российского научного фонда. Молодые ученые исследуют альтернативные механизмы увеличения эффективности электролюминесценции и считают, что использование молекул, сочетающих оптическую активность и высокую квантовую эффективность электролюминесценции, позволит отказаться от поляризаторов, снижающих яркость OLED-устройств.
– Поляризованным излучением обладают оптически активные молекулы, – рассказывает руководитель проекта, инженер-исследователь лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ Ринат Насибуллин. – Мы проанализируем хорошо известные молекулы – гелицены, обладающие требуемой оптической активностью за счет спиральной формы; а также новые классы молекул, имеющих форму ленты Мебиуса, и «конусообразные» молекулы, которые, как мы предполагаем, тоже обладают оптической активностью. Наша задача – найти подходящие молекулы для использования альтернативных подходов получения эффективных OLED-устройств с высокой яркостью.
Быстро оценивать люминесцентные и фотофизические свойства молекул ученым помогут методы машинного обучения и фотофизический код, в разработке которого Ринат Насибуллин также принимал участие. С использованием этого кода были созданы высокоэффективные OLED-устройства первого, второго и третьего поколений.
– Однако этот код не позволяет вычислять характеристики излучения с конкретной поляризацией и учитывать внешние поля: поле плазмонов, лазерное излучение, которые воздействуют на молекулы, – поясняет руководитель проекта. – Поэтому в текущем проекте мы проведем модификацию фотофизического кода, а также подберем молекулярные дескрипторы для обучения нейронной сети, чтобы она провела соответствующие фотофизические расчеты. Итогом станет создание прототипов OLED-устройств нового поколения.
В проекте также участвуют сотрудники лаборатории квантовой механики молекул и радиационных процессов научного управления ТГУ: ведущий научный сотрудник Рашид Валиев, старший научный сотрудник Борис Мерзликин, инженер-исследователь Александр Курцевич (аспирант ФФ), инженер-исследователь Ленара Валлиулина (аспирант ФФ), младший научный сотрудник Артем Куклин, инженер-исследователь Кирилл Хорошкин (магистрант ФФ).
Для справки. В Томском государственном университете развитием OLED-технологий занимаются с 2013 года. Так, в 2018 году вместе с коллегами из Швеции и Финляндии ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
В 2019 году физики ТГУ в проекте «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)», поддержанном грантом РНФ, первыми в России создали на основе дешевых материалов — гетеро[8]циркуленов – синие органические светоизлучающие диоды, которые необходимы для создания дисплеев телефонов, телевизоров, планшетов и других устройств.