Valon ja aineen vuorovaikutus auttaa OLED-näyttöjä Toimitus Ma, 24/02/2025 - 15:27
OLED-näytön osa. Kuva: Mikael Nyberg ja Manish Kumar
OLED-näytön osa. Kuva: Mikael Nyberg ja Manish Kumar

Tutkijat kehittivät teoreettisia menetelmiä OLED-teknologian tehokkuuden parantamiseksi hyödyntämällä valon ja aineen hybriditiloja. Käytännön sovellukset vaativat vielä uusia materiaaleja ja jatkokehitystä, mutta tutkimus tarjoaa lupaavan suunnan OLED-teknologian kehitykselle. 

Turun yliopiston tiedote kertoo, että OLED-näyttöjen kirkkautta voidaan merkittävästi parantaa valon ja aineen vuorovaikutuksen paremmalla ymmärtämisellä.

OLED-teknologia, eli orgaanisia valoa säteileviä diodeja käyttävä tekniikka on yleistynyt valonlähteenä erilaisissa korkealaatuisissa näyttölaitteissa, kuten älypuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa, televisioissa tai älykelloissa.

Fluoresoivat OLEDit ovat mullistaneet näyttölaitteiden teknologiaa joustavuutensa, keveytensä ja ympäristöystävällisyytensä ansiosta. 

Teknologian heikkoutena on kuitenkin alhainen hyötysuhde: fluoresoivissa OLEDeissa vain 25 prosenttia sähköenergiasta muuntuu tehokkaasti ja nopeasti valoksi. OLED-näyttöjen kirkkaus on yleensä myös muita valaistusteknologioita heikompi.

Turun yliopiston ja yhdysvaltalaisen Cornellin yliopiston tutkijat ovat nyt ehdottaneet ennakoivaa mallia tämän ongelman ratkaisemiseksi.

OLEDit ovat elektronisia komponentteja, jotka valmistetaan orgaanisista hiilipohjaisista yhdisteistä ja jotka tuottavat valoa, kun niihin johdetaan sähkövirtaa. Toisin kuin perinteisissä LCD-näytöissä, OLED-näytöissä jokainen pikseli säteilee itse valoa ilman erillistä taustavalaistusta.

Kun OLEDeissa käytetyt orgaaniset valoa säteilevät molekyylit asetetaan kahden puoliläpäisevän peilin väliin, ne voivat alkaa vuorovaikuttaa valon kanssa. Tämä vuorovaikutus voi luoda uudenlaisia hybriditiloja, eli uusia hiukkasia, joita kutsutaan polaritoneiksi.

Tuoreessa tutkimuksessa havaittiin, että oikeanlaisella säätelyllä voidaan löytää ihanteellinen piste, jossa pimeät tilat, 75 % kaikista tiloista, alkavatkin muuttua kirkkaiksi polaritoneiksi. Tämä voisi parantaa näyttöjen kirkkautta ja energiatehokkuutta huomattavasti.

"Vaikka yleinen ajatus polaritonien hyödyntämisestä OLED-teknologiassa ei ole täysin uusi, ennustava teoria suorituskyvyn vaihtelusta on puuttunut", kertoo apulaisprofessori Konstantinos Daskalakis Turun yliopistosta.

"Tässä työssä tarkastelimme tarkkaan, missä polaritoni saavuttaa ihanteellisen pisteensä eri skenaarioissa. Havaitsimme, että polaritonien vaikutus riippuu kytkettyjen molekyylien lukumäärästä. Mitä vähemmän molekyylejä, sitä suurempi vaikutus on."

"Esimerkkimolekyyleillä ja vain yhdellä kytketyllä molekyylillä hyötysuhde parani merkittävästi", jatkaa tutkijatohtori Olli Siltanen

"Parhaimmillaan polaritonit kiihdyttivät pimeiden tilojen konversiota jopa 10 miljoonaa kertaa nopeammaksi." 

Kun ilmiötä tutkittiin samanaikaisesti suurella määrällä molekyylejä, polaritoninen vaikutus oli vähäinen. Siksi nykyisten OLED-laitteiden valontuottotehokkuutta ei voida parantaa yksinkertaisesti varustamalla ne peileillä.

Tutkimuksessa saatu teoreettinen tieto on lupaava, mutta sen soveltaminen käytäntöön vaatii vielä jatkokehitystä.

"Seuraava haaste on kehittää teknologiaa, joka mahdollistaisi yksittäisten molekyylien vahvan kytkennän, tai luoda uusia molekyylejä, jotka on räätälöity polaritoneja hyödyntäviin OLEDeihin", selittää Daskalakis.

"Molemmat lähestymistavat vaativat merkittäviä teknisiä ratkaisuja, mutta onnistuessaan ne voisivat parantaa OLED-näyttöjen hyötysuhdetta ja kirkkautta huomattavasti."

OLED-laitteiden laajamittaisempaa käyttöönottoa ovat hidastaneet niiden alhainen energiatehokkuus ja rajallinen kirkkaus, etenkin verrattuna perinteisiin LED-laitteisiin. Tämä tutkimus voi kuitenkin tarjota perustan uuden sukupolven OLED-laitteille, jotka ovat entistä tehokkaampia ja pystyvät saavuttamaan aiemmin mahdottomana pidetyn suorituskyvyn.

Tulokset on julkaistu Advanced Optical Materials -lehdessä.

*

Juttu on Turun yliopiston tiedote lähes sellaisenaan, Tiedetuubin toimituksen tarkastamana.

Gaia tekee viimeiset havaintonsa tänään

Gaia
Gaia
Linnunradan tähdien ominaisliikkeet 400 000 vuoden aikana.
Gaian tulosten esittely infografiikassa
Gaian aurinkopaneelia ja valosuojaa avataan testimielessä.
Timo Prusti ESTECin kahvilassa

Taivasta vuodesta 2014 alkaen kartoittanut Euroopan avaruusjärjestön Gaia-teleskooppi tekee tänään 15. tammikuuta viimeiset havaintonsa ja siirtyy kevään kuluessa eläkkeelle. Se jättää jälkeensä valtavan määrän kiinnostavia havaintoja.

Hieman tummanpuhuvalta, suurelta syntymäpäiväkakulta tai hatulta näyttävä Gaia on jo nyt eräs tähtitieteen merkkipaaluja. Sen tehtävänä on ollut kartoittaa pikkutarkasti tähtitaivasta, ja sitä se onkin tehnyt uutterasti: se on skannannut kamerallaan 10,5 vuotta avaruutta ympärillämme ja sen keräämistä havainnoista on tehty jo neljä suurta tietokantaa.

Gaiassa on kaksi teleskooppia, jotka katsovat 106,5 asteen kulmassa eri suuntiin. Kun satelliitti pyörii akselinsa ympäri, teleskooppien kuvakentät skannaavat taivasta jatkuvasti, ja kun satelliitti kiertää Aurinkoa radallaan, se pystyy kartoittamaan koko taivaan tarkasti vuoden kuluessa.

Jo ensimmäisessä tietojulkistuksessa, Gaia DR1:ssä eli Gaia Data Releasessa syyskuussa 2016 oli 1,1 miljardia tähteä, joiden sijainnin lisäksi tähden kirkkaus oli mitattu, tarkistettu ja taulukoitu. Kahdesta miljoonasta tähdestä oli lisäksi parallaksit ja ominaisliikkeet.

Tietojen joukossa oli 3000 muuttuvaa tähteä ja niiden valokäyrät, sekä yli 2000 kohdetta oman galaksimme ulkopuolelta. Näiden avulla tähtitieteilijät pystyvät määrittämään paremmin missä oikein olemme maailmankaikkeudessa.

Toisessa tietojulkistuksessa, DR2:ssa, huhtikuussa 2018 oli mukana 22 kuukauden aikana tehdyt havainnot. Nyt kohteita oli enemmän, niiden kirkkausalue oli laajempi, ja tiedot olivat vielä tarkempia. Mukana oli myös titoja yli 14 000 kohteesta Aurinkokunnassa.

Linnunradan tähdien ominaisliikkeet 400 000 vuoden aikana.

Gaian tietojen avulla on voitu laskea muun muassa se, miten Linnunradan tähdet liikkuvat seuraavan 400 000 vuoden aikana. Kuva: ESA/Gaia

 

Kolmas datajulkistus vuonna 2022 oli vieläkin tarkempi, ja tulossa on vielä kaksi uutta, entistäkin tarkempaa, laajempaa ja parempaa tietokantaa. DR4 on tulossa vuonna 2026, ja ESA lupaa sen tietojen olevat 1,7 kertaa tarkempia kuin DR2:ssa.

Viimeinen datajulkistus tapahtuu näillä näkymin vuonna 2030, jolloin kaikki Gaian tekemät havainnot ovat mukana. Sen odotetaan olevan 1,4 kertaa tarkemman kuin DR4.

Kaikki havainnot laitetaan julkiseen tietokantaan, jolloin tähtitieteilijät – kuten myös muut astrometriasta kiinnostuneet – voivat käyttää Gaian keräämiä havaintoja.

Gaian tulosten esittely infografiikassa
Gaian aurinkopaneelia ja valosuojaa avataan testimielessä.

Gaian toiminta joudutaan nyt lopettamaan yksikertaisesti siksi, että sen asennonsäätöön käyttämänsä kaasu on loppumassa. 

Alun perin Gaian odotettiin toimivan vain viiden vuoden ajan, mutta lopulta se pinnisteli tupasti tuon.

Tänään 15. tammikuuta 2025 se tekee viimeiset havaintonsa, ja tämän jälkeen Gaialla ja sen mittalaitteilla tehdään testejä, joiden avulla Gaian keräämia tietoja voidaan kalibroida paremmin. Testien avulla myös tulevaisuuden kartoittajasatelliiteista saadaan parempia.

Helmikuussa Gaia ohjataan pois radaltaan L2-pisteen ympärillä Aurinkoa kiertävälle radalle, missä siitä ei ole haittaa maapallolle tai muille satelliiteille. 

Maalis-huhtikuussa sitten satelliitti niin sanotusti passivoidaan, eli se sammutetaan.

Kiitos, Gaia!

Timo Prusti ESTECin kahvilassa

Gaian tieteellinen johtaja Timo Prusti

Gaia-teleskoopin tiedepuoli on ollus suomalaisessa johdossa, sillä hanketta on ollut vetämässä Timo Prusti. 

Timo raportoi vuonna 2013 satelliitin valmisteluista laukaisuun ja laukaisusta tuolloin juuri perustetussa Tiedetuubissa useiden juttujen verran. Kaikki jutut ovat täällä; ne tehtiin yhteistyössä Euroopan avaruusjärjestön kanssa.

Tämän jutun kirjoittaja Jari Mäkinen on tehnyt myös useamman ohjelman Yleisradiolle Gaiasta. Tuorein niistä on tämä Tiedeykkönen vuodelta 2021. Timo kertoo siinä Gaiasta ja sen keräämistä tiedoista.

Katso Gaiaa taivaalla!

Pian alkavien testien aikana Gaian asento muuttuu siten, että se näkyy nykyistä paljon paremmin taivaalla. Täältä voi nähdä missä Gaia on taivaalla: https://gaiainthesky.obspm.fr

Joulu Gaian kanssa

Gaia Arto Oksasen kuvaamana
Gaia Arto Oksasen kuvaamana

Gaian laukaisu 19. joulukuuta stressasi monen perheen joulua. Monet työntekijät Ranskan Guyanassa halusivat palata koteihinsa Eurooppaan jouluksi. Laukaisu lähellä joulua on aina pieni riski, sillä viime hetkellä voi aina tulla muutaman päivän viivästys, mikä olisi tarkoittanut joulua tropiikissa. Se ei sinällään olisi ollut ikävä asia, mutta se ei ollut monenkaan suunnitelmissa.

Gaian laukaisu onnistui kuitenkin hienosti ja lentokoneet Eurooppaan täyttyivät. Oikeastaan juuri joulua ennen tapahtunut laukaisu oli erittäin sopiva – ainakin projektiin osallistuville tutkijoille. Nimittäin Gaialla ei voida tehdä mitään tieteellistä ennen kuin kaikki maanpäälliset, Gaian sisälle jääneet ilmakehän kaasut ovet "kiehuneet" pois. Siksi kaikkia optisia osia lämmitetään, ettei niistä tulisi kylmäloukkoja Gaiasta pakeneville molekyyleille. Tämän seurauksena projektin tieteentekijät pystyivät keskittymään kinkun syöntiin.

Kaikille Gaian rauhallinen joulu ei kuitenkaan ollut rauhallista aikaa. ESAn satelliittien operoinnista vastaava Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOC Saksan Darmstadtissa seurasi ja ohjasi Gaiaa joulun yli. Vaikka tähtitieteelliset mittalaitteet eivät olleet päällä, monia oheislaitteita otettiin käyttöön. Niinpä minunkaan jouluni ei sujunut ainoastaan kinkun parissa, vaan jouduin silloin tällöin avaamaan tietokoneen ja katsomaan uusinta raporttia Gaian tilasta. Kaikki toimi erinomaisesti!

Oli myös tutkijoita, jotka tekivät töitä Gaian lähettämien tietojen kanssa yli joulun. Yksi tärkeä laite Gaiassa on tarkka kello. Kellon lähettämää dataa onkin jo välitetty ESOCin kautta ESACiin, joka on ESAn tieteellinen operointikeskus Madridissa. Siellä Gaian lähettämää telemetriatietoa käsitellään, ja kellon dataa siirrettiin Dresdenin Teknillisen Korkeakouluun, jossa Sergei Klioner korreloi Gaian kelloa maanpäälliseen aikastandardiin nähden.

Myos monet tähtiharrastajat ovat olleet kiireisiä Gaian parissa. Pyysimme seuraamaan Gaian matkaa L2 pisteeseen ja kokoelma valokuvia löytyy osoitteesta http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/news_20131220.

Mukana on myös tämän kirjoituksen otsikkokuva, jonka otti Arto Oksanen, vanha tuttuni Helsingin opiskeluajoilta. Heti laukaisun jälkeen Gaia oli kirkas kohde, mutta kun Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoon nähden, siitä tulikin haastava kohde. Arto onnistui kuvaamaan Gaian kun sen kirkkaus oli vain 19 magnitudia.

Vuodenvaihde tulee olemaan vielä aika rauhallista. Joulukuun 30. päivä Gaialle tehdään pieni radankorjaus, jotta Gaian asettuminen 7. tammikuuta kiertoradalle L2-pisteen ympärillä voidaan valmistella hyvin. Ratakorjaus on hyvä myös kalibrointia ajatellen. Jännittävin lähiaikojen tapahtuma on 2. – 4. tammikuuta, kun tähtitieteelliset instrumentit käynnistetään.

Sitä odotellessa toivotan Gaian puolesta hyvää uutta vuotta!

Timo Prusti

(Otsikkokuvan on ottanut Arto Oksanen Chilessä sijaitsevalla etäkäytettävällä kaukoputkella. Arto kirjoittaa kuvasta: "Gaia-satelliitti jatkaa edelleen matkaansa kohti havaintopaikkaansa, saavuttaen juuri 700 000 kilometrin etäisyyden eli liki kaksi kertaa Kuun etäisyyden. Satelliitti näkyi himmeänä (mag 19) liikkuvana täplänä 20 kuvan sarjassa. Oheisessa kuvassa yhdistetty kolme ensimmäistä ruutua ja Gaia merkitty ympyröillä.")

ISON: epävarmuus jatkuu

Tuoreimmat havainnot, joista kerrotaan Sky&Telescope-lehden komeettasivulla, kertovat ISON-komeetan edelleen kirkastuvan, mutta odotettua hitaammin.

STEREO-luotaimen kuvista mitattu verkkainen kirkastuminen saattaa johtua siitä, että komeetalla ei ole enää ydintä, vaan se on hitaasti hajoava pölypilvi. Toisaalta samaisen STEREO-luotaimen tuore kuva kertoo, että ISON näyttäisi olevan ulkoisesti entisellään.

Seuraamme tilannetta.

ISON-komeetan valokäyrä

Matthew Knightin 19. marraskuuta NASAn Comet ISON Observing Campaign -sivustolle kokoama valokäyrä kertoo, miten komeetan kirkkaus on kasvanut sen lähestyessä periheliään. Yhtenäinen musta viiva kuvaa ennustettua kirkkautta, punaiset pallot IAU:n (International Astronomical Union, Kansainvälinen tähtitieteen unioni) Minor Planet Centeriin raportoituja usein melko monenkirjavia havaintoja ja siniset kolmiot Harvardin yliopiston International Comet Quarterlyn keräämiä, kokeneiden havaitsijoiden tekemiä arvioita.

Viime vuodenvaihteessa komeetan kirkkaus oli ennustettua suurempi, mutta kun se ilmestyi uudelleen näkyviin Auringon takaa loppukesästä 2013, sen kirkkaus oli jäänyt ennusteista jälkeen. Marraskuun aikana sattuneet purkaukset ovat saaneet komeetan kirkastumaan ja nyt se on joidenkin arvioiden mukaan jo alle neljä magnitudia eli nähtävissä helposti paljain silmin – mikäli komeetta olisi pimeällä taivaalla. Vaalenevalla aamutaivaalla sen etsimiseen kannattaa edelleen käyttää kiikaria.

Komeettojen kirkkauksia on vaikea ellei peräti mahdoton ennustaa edes näin lähellä periheliä, mutta jotain osviittaa saattaa antaa kaksi vuotta sitten näkynyt komeetta Lovejoy (C/2011 W3). Noin viikkoa ennen Auringon lähintä ohitusta sen kirkkaus oli noin 10 magnitudia ja perihelin jälkeen kirkkaus oli suurimmillaan -3 magnitudia (mitä pienempi on magnitudin lukuarvo, sitä suurempi on kirkkaus). Viikkoa ennen periheliä ISON-komeetan kirkkaus on noin 4 magnitudia eli se on 100 kertaa kirkkaampi kuin Lovejoy suunnilleen samalla etäisyydellä Auringosta. 

Kuva: Matthew Knight / CIOC