Новые фосфоресцентные OLED-дисплеи могут поддерживать 90% интенсивности синего света в 10–14 раз дольше, чем другие конструкции.
Вскоре в светильниках можно будет использовать полноцветный набор совершенно эффективных органических светодиодов, или OLED, которые прослужат десятки тысяч часов, благодаря инновациям физиков и инженеров Мичиганского университета.
Новые фосфоресцентные OLED-дисплеи команды UM, обычно называемые PHOLED, могут поддерживать 90% интенсивности синего света в 10–14 раз дольше, чем другие конструкции, излучающие аналогичные глубокие синие цвета. Такой срок службы может, наконец, сделать синие PHOLED достаточно выносливыми, чтобы быть коммерчески жизнеспособными в источниках света, которые соответствуют целевому сроку службы Министерства энергетики в 50 000 часов. Без стабильного синего PHOLED для освещения OLED необходимо использовать менее эффективную технологию для создания белого света.
Срок службы новых синих PHOLED в настоящее время достаточен только для использования в качестве освещения, но тот же принцип конструкции можно объединить с другими светоизлучающими материалами для создания синих PHOLED, достаточно выносливых для телевизоров, экранов телефонов и компьютерных мониторов. Экраны дисплея с синими PHOLED потенциально могут увеличить срок службы батареи устройства на 30%.
«Получение долговечных синих PHOLED было в центре внимания индустрии дисплеев и освещения уже более 20 лет. Это, вероятно, самая важная и неотложная задача, стоящая перед областью органической электроники», — сказал Стивен Форрест, Выдающийся университет Питера А. Франкена. Профессор электротехники и вычислительной техники Мичиганского университета. Он также является автором исследования «Стабильные синие фосфоресцирующие органические светодиоды, в которых используются эффекты Перселла, усиленные поляритонами», опубликованного в журнале Nature.
PHOLED имеют почти 100% внутреннюю квантовую эффективность, то есть все электричество, поступающее в устройство, используется для создания света. В результате освещение и экраны, оснащенные PHOLED, могут отображать более яркие цвета в течение более длительных периодов времени с меньшим энергопотреблением и выбросами углекислого газа.
До исследования команды UM лучшие синие PHOLED не были достаточно прочными, чтобы их можно было использовать ни в освещении, ни в дисплеях. Только красный и зеленый PHOLED достаточно стабильны для использования в современных устройствах, но синий необходим для завершения трио цветов в OLED-дисплеях «RGB» и белых OLED-подсветках. Красный, зеленый и синий свет можно комбинировать с разной относительной яркостью для получения любого желаемого цвета пикселей дисплея и световых панелей.
До сих пор обходным путем в OLED-дисплеях было использование старых флуоресцентных OLED для создания синих цветов, но внутренняя квантовая эффективность этой технологии намного ниже. Только четверть электрического тока, поступающего во флуоресцентное синее устройство, излучает свет.
«Многие решения в индустрии дисплеев представляют собой модернизацию флуоресцентных OLED, которые по-прежнему являются альтернативным решением», — сказал первый автор исследования Хаонань Чжао, докторант в области физики, электротехники и вычислительной техники. «Я думаю, что многие компании предпочли бы использовать синие PHOLED, если бы у них был выбор».
Чтобы получить синий свет, электричество возбуждает фосфоресцирующие органические молекулы, содержащие тяжелые металлы. Иногда возбужденные молекулы вступают в контакт перед испусканием света, передавая всю накопленную энергию пары в одну молекулу. Поскольку энергия синего света очень высока, передаваемая энергия, вдвое превышающая энергию одиночной возбужденной молекулы, может разорвать химические связи и разложить органический материал .
Одним из способов решения этой проблемы является использование материалов, излучающих более широкий спектр цветов, что снижает общее количество энергии в возбужденных состояниях. Но такие материалы кажутся голубыми или даже зелеными, а не темно-синими.
Команда UM решила эту проблему, поместив голубой материал между двумя зеркалами. Благодаря идеальной настройке пространства между зеркалами только самые глубокие синие световые волны могут сохраняться и в конечном итоге излучаться из зеркальной камеры.
Дальнейшая настройка оптических свойств органического светоизлучающего слоя на соседний металлический электрод привела к появлению нового квантово-механического состояния, называемого плазмон-экситон-поляритон, или PEP. Это новое состояние позволяет органическому материалу очень быстро излучать свет, тем самым еще больше уменьшая возможность столкновения возбужденных состояний и разрушения светоизлучающего материала.
«В нашем устройстве PEP введен потому, что возбужденные состояния в материале, переносящем электроны, синхронизированы со световыми волнами и вибрациями электронов в металлическом катоде», — сказала соавтор исследования Клэр Арнесон, докторант в области физики, электротехники и электротехники. компьютерная инженерия.
