Новая светодиодная технология может сделать экраны телефонов гибкими

Время чтения: 8 минут.

Опубликовано 31 июля 2023 г. 31 июля 2023 г. автором Мелиса Яшински

Многие из сегодняшних экранов, например, в телевизорах, ноутбуках и смартфонах, основаны на материале, называемом органическим светоизлучающим диодом, или сокращенно OLED. Экраны на базе OLED известны своей тонкостью и легкостью, а также отображением более глубокого и темного черного цвета. Однако эти экраны жесткие и хрупкие, как кусок стекла. Что, если бы эти экраны можно было сделать мягкими, как кожа, и их можно было бы обернуть вокруг запястья или полностью сложить пополам?

Ранее ученые разработали новые конструкции экранов, чтобы придать OLED-дисплеям гибкость. Однако эти попытки привели к снижению разрешения и качества изображения, а также к ограничению гибкости. Другие ученые успешно разработали растягивающиеся экраны с использованием альтернативных светоизлучающих материалов, таких как флуоресцентные лампы. Однако эти материалы имеют худшие характеристики, такие как меньшая яркость и меньшая энергоэффективность, чем материалы OLED.

Недавно ученые из Китая и США модифицировали молекулярную конструкцию существующего материала OLED, чтобы сделать его более гибким, сохранив при этом способность излучать свет. Они сосредоточились на типе OLED, который использует энергию, поглощенную теплом, для перевода электрона в другое энергетическое состояние и излучения света. Этот тип экрана называется термоактивируемым излучателем замедленной флуоресценции или TADF. В отличие от других технологий OLED, излучатели TADF не содержат тяжелых металлов и поэтому безопасны для приложений, интегрированных с человеком, таких как носимые устройства.

Большинство эмиттеров TADF состоят из маленьких, негибких молекул. В недавних исследованиях ученые разработали эмиттеры TADF из длинных цепочек молекул, называемых полимерами, но они также не поддавались растягиванию. Чтобы придать своим материалам растяжимость, эти ученые добавили между полимерными звеньями TADF мягкие молекулы, состоящие из атомов углерода и водорода, называемые алкильными цепями. Их целью было определить самые длинные алкильные цепи, которые они могли бы добавить, чтобы придать гибкость, не жертвуя при этом светоизлучающими свойствами. Они синтезировали четыре полимера TADF с длиной алкильной цепи в 1, 3, 6 и 10 атомов углерода. Для сравнения они также синтезировали типичный низкомолекулярный эмиттер TADF.

Сначала ученые проверили свойства светоизлучения каждого излучателя, чтобы выяснить, влияет ли добавление алкильных цепей на их характеристики. Они заметили, что все пять устройств успешно излучали зеленый свет с минимальными изменениями в его интенсивности. Затем они измерили разницу в энергетических состояниях электронов — величину, которая соответствует тому, сколько тепловой энергии необходимо для возбуждения электрона в процессе TADF, — и обнаружили, что она почти одинакова для всех эмиттеров. Они интерпретировали свои результаты как указание на то, что добавление мягких алкильных цепей к устройствам TADF не повлияло на их способность излучать свет.

Затем ученые растянули каждый излучатель до тех пор, пока он не увеличился вдвое, и наблюдали за образованием трещин и изменениями в излучении света. Они заметили, что устройства с более длинными алкильными цепями имеют меньше трещин и более короткие, а это означает, что они меньше повреждаются из-за растяжения. Они отметили, что полимер TADF с 10-углеродной алкильной цепью, самой длинной алкильной цепью, которую они тестировали, оставался полностью неповрежденным и не растрескивался, даже когда эмиттер растягивался в два раза по сравнению с первоначальным размером. Они также измерили больше света, излучаемого растянутой версией полимера TADF, чем образцами с более короткими алкильными цепями. Они объяснили, что это, вероятно, произошло из-за трещин, которые образовались в этих эмиттерах, которые ухудшили электрические контакты и потенциально препятствовали изменению энергетического состояния электронами.

Затем ученые включили полимер TADF с 10-углеродной алкильной цепью в растягивающееся OLED-устройство. В типичном устройстве OLED органический светоизлучающий материал зажат между двумя проводящими слоями, называемыми электродами, которые позволяют электричеству течь между ними. Ученые разработали новые растягивающиеся прозрачные электроды, добавив серебряные нанопроволоки к гибкому полимеру, похожему на силикон. Затем они поместили полимер TADF между этими двумя гибкими электродами. Они обнаружили, что полученному OLED-устройству для включения требуется низкое напряжение, и его можно питать от коммерческой батареи.