Графовые нейронные сети помогут создать более яркие и энергоэффективные дисплеи
Ученые из Новосибирского государственного университета (НГУ) представили новый подход к разработке материалов для органических светодиодов (OLED) с использованием искусственного интеллекта. Метод основан на графовых нейронных сетях, которые предсказывают свойства молекул с термически активированной задержанной флуоресценцией (TADF), что ускоряет создание более эффективных эмиттеров для дисплеев нового поколения.
TADF – это особый тип свечения молекул, который позволяет создавать более эффективные и яркие OLED-дисплеи. Работает это следующим образом:
- Обычная флуоресценция – молекула получает энергию (например, от электричества) и сразу испускает свет.
- Проблема классических OLED – часть энергии теряется в виде "темных" состояний (триплетов), которые не излучают свет.
- TADF решает эту проблему – благодаря особой структуре молекулы, энергия триплетов преобразуется обратно в световую с помощью теплового движения атомов.
OLED-технология широко применяется в смартфонах, телевизорах и носимых устройствах благодаря высокой контрастности и энергоэффективности. Однако разработка новых материалов требует сложных вычислений и экспериментов. Новосибирские исследователи предложили решение: вместо традиционного квантово-химического моделирования они использовали графовые нейронные сети, которые анализируют структуру молекул и предсказывают их оптические свойства.
Благодаря своей органической природе, такие материалы позволяют сделать очень легкие, яркие, контрастные и энергоэффективные дисплеи для экранов смартфонов, ноутбуков, умных часов и многих других устройств. В мире ведутся активные поиски таких новых эффективных материалов, которые могут быть использованы в технологии OLED. Компьютерное моделирование позволяет предсказать многие свойства с довольно хорошей точностью и изучить свойства молекул in silico, прежде чем они будут синтезированы в колбе. Такие исследования проводятся и в нашей лаборатории.
— Евгений Мостович, заведующий лабораторией низкоуглеродных химических технологий факультета естественных наук НГУ
Особое внимание уделено мультирезонансным TADF-эмиттерам, которые обладают узкой полосой излучения, что критически важно для точной цветопередачи. В отличие от традиционных OLED-материалов, где донорные и акцепторные группы соединены гибкими связями, новый подход использует жесткие структуры на основе атомов бора и азота. Это снижает энергопотери и улучшает цветовую чистоту.
Современные OLED-эмиттеры представляют собой связанную через мостик пару электрондонорной и электронакцепторной группы. Этот союз донора и акцептора обеспечивает минимальную разницу в энергии между двумя возбужденными состояниями такой молекулы — синглетным и триплетным — и позволяет преобразовать все «темные» (не излучающие) триплетные состояния в способные излучать свет синглетные путем TADF. Однако у такой конструкции есть существенный недостаток, т.к. части донора и акцептора между собой соединены не жестко, а геометрии возбужденных и не возбужденных состояний сильно отличаются, на это изменение тратится много энергии приводя к уширению спектра излучения молекулы. Ширина спектра прямо влияет на цветовосприяние пикселя, например, он становится не синим, а сине-зеленым.
— Дарья Таракановская, младший научный сотрудник лаборатории
Уже синтезирована первая молекула с узкой полосой излучения (25 нм), демонстрирующая яркую зеленую флуоресценцию. Следующие цели — синий и красный эмиттеры, необходимые для полноцветных дисплеев.
Работа осуществлена в рамках проекта, поддержанного Минобрнауки России.
Читайте ещё материалы по теме:
Новый метод измерения температуры микроскопических объектов создали казанские ученые
Молния под микроскопом: что показало моделирование высоковольтного разряда
Уникальная лаборатория по выращиванию клеток для исследований болезней открылась в Томске