Дисплеи с более яркими цветами созданы благодаря фундаментальной физической концепции
Новое исследование показало, что сильная связь света и материала увеличивает яркость цветов OLED-дисплеев. Это увеличение не зависит от угла обзора и не влияет на энергоэффективность.
Задача создания дисплеев нового поколения на органических светодиодах (OLED) заключалась в том, чтобы найти способ улучшить яркость цвета без снижения энергоэффективности. Теперь исследователи нашли способ добиться этого, применив фундаментальный научный принцип.
OLED-дисплеи есть везде: от смартфонов с высоким разрешением до компьютерных мониторов и огромных телевизионных экранов. OLED состоит из тонкого слоя полупроводника на основе углерода, который излучает свет при подаче электричества соседними электродами.
OLED работают аналогично обычным светодиодам (LED), но вместо слоев полупроводников n- и p-типа они используют органические молекулы для производства электронов.
Простой OLED состоит из шести слоев. Сверху (уплотнение) и снизу (подложка) нанесены слои защитного стекла или пластика. Между ними находятся отрицательный вывод (катод) и положительный вывод (анод), а между ними расположены два слоя органических молекул: излучающий слой, который находится рядом с катодом и от которого исходит свет, и проводящий слой, расположенный рядом с анодом.
Органические молекулы, используемые для создания этих слоев, по своей природе имеют широкий спектр излучения, который влияет на их характеристики освещения, ограничивая диапазон доступных цветов (цветовое пространство) и насыщенность на дисплеях высокого класса.
Хотя цветовые фильтры или оптические резонаторы могут искусственно сузить спектр излучения, это может снизить эффективность использования энергии.
Исследователи из Кельнского университета в Германии и Сент-Эндрюсского университета в Шотландии объединились для решения этой проблемы, применяя фундаментальный научный принцип: взаимодействие света и материи.
«Когда фотоны (свет) и экситоны (вещество) проявляют достаточно сильное взаимодействие друг с другом, они могут соединяться, создавая так называемые экситонные поляритоны», — говорят исследователи. «Этот принцип можно сравнить с передачей энергии между двумя связанными маятниками, за исключением того, что здесь и свет, и материя связаны друг с другом и непрерывно обмениваются энергией».
Исследователи обнаружили, что, встраивая OLED-дисплеи между тонкими зеркалами из металлического материала, который уже широко используется в индустрии дисплеев, можно значительно улучшить связь между светом и органическим материалом.
Чтобы избежать снижения энергоэффективности, которое обычно возникает, исследователи добавили отдельную тонкую пленку из сильно поглощающих свет молекул, подобных тем, которые используются в органических солнечных элементах.
Они обнаружили, что дополнительный слой усиливает эффект сильной связи света с веществом без значительного снижения эффективности светоизлучающих молекул в OLED.
«С эффективностью и яркостью, сравнимыми с OLED, которые используются в коммерческих дисплеях, но со значительно улучшенной цветовой насыщенностью и стабильностью цвета, наши OLED на основе поляритонов представляют большой интерес для индустрии дисплеев», — сказал Мальте Гатер, ведущий автор исследования.
В то время как OLED на основе поляритонов (POLED) уже известны в научном мире, их практическое применение затруднено из-за низкой энергоэффективности и низкой яркости.
Теперь, когда эти проблемы решены, исследователи надеются, что их работа не только приведет к созданию OLED-дисплеев следующего поколения, но и найдет более широкое применение для лазеров и квантовых вычислений.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.