Eine nicht-invasive chirale optische Mikrokavitätsstruktur zur Realisierung hocheffizienter zirkular polarisierter Quantenpunkt-Leuchtdioden

LI Deer ,  

LUO Haolin ,  

ZENG Qunying ,  

LIN Lihua ,  

LI Fushan ,  

摘要

Bei Leuchtdioden mit zirkularer Polarisation (CP-LED) bestand lange das Problem, einen hohen Faktor der zirkularpolarisierten Emissionsasymmetrie (glum) mit hoher externer Quanteneffizienz (External Quantum Efficiency, EQE) zu vereinbaren. Der grundsätzliche Grund liegt darin, dass traditionelle Strategien häufig auf intrinsisch chiralen lumineszenten Materialien oder chiralen Ladungstransportschichten basieren, was unvermeidlich zu Einbußen beim Ladungstransport und der Strahlungsrekombinationseffizienz der Bauelemente führt. Zur Lösung dieser Probleme schlägt dieser Artikel ein nicht-invasives, entkoppelbares funktionales Strukturdesign-Paradigma vor, indem eine chirale optische Mikrokavität (COM) aufgebaut wird, die aus einer Doppelschicht chiraler Flüssigkristalle (CLC) und einem metallischen Reflektor besteht, in die eine hoch effiziente, aber nicht chirale Quantenpunkt-Leuchteinheit in eine makroskopische chirale photonische Umgebung eingebettet wird, was eine effektive Steuerung der zirkular polarisierten Emission ermöglicht, ohne die Emissionsmaterialstruktur oder die Ladungseinspritzung zu verändern. Diese Struktur kombiniert die selektive Reflexion der CLC mit der Modenresonanz einer Fabry-Pérot-Mikrokavität, wodurch das emittierte Licht mehrfach chirale Selektion und modenselektive Verstärkung im Hohlraum erfährt, was den Intensitätsunterschied zwischen linken und rechten chiralen Komponenten deutlich verstärkt, anstatt sich auf einen einmaligen chiralen Filterungseffekt zu verlassen. Basierend auf diesem Mechanismus erreichten die hergestellten roten CP-QLED-Bauelemente eine zirkular polarisierte Emission von glum≈0.75, während sie eine hohe EQE von bis zu 24,3 % und eine Bauelementhelligkeit von etwa 194 468 cd/m2@8 V beibehielten. Diese Arbeit offenbart einen effektiven Weg, chirale Funktion und Lichteffizienz durch eine makroskopische photonische Struktur zu entkoppeln, und bietet eine generalisierbare Kooperationsstrategie aus funktionalen Materialien und photonischen Strukturen für das strukturierte Design von Hochleistungs-zirkularpolarisierenden Elektrolumineszenz-Bauelementen, was einen wichtigen Referenzwert für zukünftige vollfarbige CP-QLED-Displays und integrierte optronische Geräte darstellt.

关键词

Quantenpunkt-Leuchtdioden; chirale Flüssigkristalle; Fabry-Pérot-Mikrokavitäten; zirkular polarisiertes Licht

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