Вчені створили еластичний OLED-дисплей без втрати яскравості

Вже не перший рік вчені намагаються знайти спосіб виготовити OLED-дисплей, який міг би згинатися, скручуватися і розтягуватися, зберігаючи при цьому яскраве і стабільне світіння. З такими екранами можна було б отримати новий клас електроніки, наприклад, вплітати їх у тканини одягу для виведення інформації про швидкість бігуна або про частоту серцевих скорочень.

Джерело зображення: Milo Galli / unsplash.com

До цього моменту доводилося робити вибір: чим сильніше розтягувався матеріал, тим помітніше знижувалася яскравість дисплея. Прорив здійснила група вчених під керівництвом Юрія Гогосі (Yury Gogotsi) з Університету Дрекселя (США, штат Пенсільванія) — вони розробили особливий клас матеріалів MXenes, які забезпечують OLED-дисплеям збереження яскравості при значному розтягуванні, наприклад, вдвічі від початкового розміру. Ці матеріали, крім того, перетворюють електрику на світло з рекордною квантовою ефективністю 17 %. Разом з професором Гогосі над проектом працював учений-матеріалознавець Тхе У Лі (Tae-Woo Lee) з Сеульського національного університету.

Зазвичай OLED-дисплей складається з кількох шарів. Основу його складає катод — він подає електрони на органічні шари, які служать провідниками заряду. У процесі руху через ці шари електрони зустрічаються з дірками — квазічастицями позитивного заряду від плівки оксиду індію-олова (ITO), яка виступає в якості анода. При об'єднанні протилежних зарядів органічний матеріал вивільняє енергію у вигляді світла, формуючи таким чином пікселі, з яких складається зображення. Вся конструкція герметизується склом, до якого приклеєний анод, і саме в цьому полягає проблема: скло крихке. Студенти професора Гогосі розробили прозору провідну плівку з MXene — цей надтонкий і гнучкий матеріал має провідність на рівні металу. Він складається з безлічі плоских шарів, які можуть переміщатися відносно один одного без зламів і розривів. Плівка товщиною всього 10 нм виявилася оптимальною заміною ITO.

Джерело зображення: Michael Maasen / unsplash.com

В ході експериментів вчені під керівництвом Гогосі і Лі виявили, що найбільше розтягнення демонструє суміш MXene і срібної нанопроволоки — до 200 % без втрати яскравості органічних світлодіодів. Плівка з MXene виявилася не тільки більш гнучкою, ніж ITO, — вона допомогла майже на порядок збільшити яскравість за рахунок підвищення енергоефективності контакту між верхнім світловипромінюючим органічним шаром і самою плівкою; показник у 17 % є рекордом для розтяжних OLED-дисплеїв. Але на цьому робота не закінчилася. Група корейських вчених розробила два додаткові шари для середньої частини OLED-дисплея: один направляє позитивні заряди на світловипромінюючий шар, забезпечуючи більш ефективне використання енергії, а другий сприяє переробці втраченої енергії, яка зазвичай розсіюється, — таким чином підвищується загальна яскравість дисплея навіть при розтягуванні. Еластичність конструкції досягає 200 %.

Спроможні утримувати яскравість еластичні дисплеї зможуть застосовуватися в багатьох сферах: в промисловості та робототехніці, в електронних компонентах одягу, в гаджетах і комунікаційному обладнанні. Однак найбільш перспективним, на думку вчених, є напрямок моніторингу здоров'я — за допомогою таких екранів можна буде створювати пристрої, більш функціональні, ніж сучасні смарт-годинники. Проте, перед виведенням цих дисплеїв на ринок дослідникам доведеться вирішити ще одну проблему, властиву всім еластичним OLED-дисплеям: існуючі матеріали не здатні підтримувати світлове випромінювання достатньо довго, щоб задовольнити потреби споживачів. Необхідно також знайти еластичний герметизуючий матеріал, який захистить компоненти дисплея, не дозволяючи кисню і волозі проникати всередину.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки