Учёные создали растягивающийся OLED-дисплей без потери яркости
Уже не первый год учёные пытаются найти способ изготовить OLED-дисплей, который мог бы сгибаться, скручиваться и растягиваться, сохраняя при этом яркое и стабильное свечение. С такими экранами можно было бы получить новый класс электроники, например, вплетать их в ткани одежды для вывода информации о скорости бегуна или о частоте сердечных сокращений.
До настоящего момента приходилось делать выбор: чем сильнее растягивался материал, тем заметнее проседала яркость дисплея. Прорыв совершила группа учёных под руководством Юрия Гогоци (Yury Gogotsi) из Университета Дрекселя (США, штат Пенсильвания) — они разработали особый класс материалов MXenes, которые обеспечивают OLED-дисплеям сохранение яркости при значительном растяжении, например вдвое от исходного размера. Эти материалы, кроме того, преобразуют электричество в свет с рекордной квантовой эффективностью 17 %. Вместе с профессором Гогоци над проектом работал учёный-материаловед Тхэ У Ли (Tae-Woo Lee) из Сеульского национального университета.
Обычно OLED-дисплей состоит из нескольких слоёв. Основу его составляет катод — он подаёт электроны на органические слои, которые служат проводниками заряда. По мере движения через эти слои электроны встречаются с дырками — квазичастицами положительного заряда от плёнки оксида индия-олова (ITO), выступающей в качестве анода. При объединении противоположных зарядов органический материал высвобождает энергию в виде света, образуя тем самым пиксели, из которых формируется изображение. Вся конструкция герметизируется стеклом, к которому приклеен анод, и именно в этом заключается проблема: стекло хрупкое. Студенты профессора Гогоци разработали прозрачную проводящую плёнку из MXene — этот сверхтонкий и гибкий материал обладает проводимостью на уровне металла. Он состоит из множества плоских слоёв, которые могут перемещаться относительно друг друга без изломов и разрывов. Плёнка толщиной всего 10 нм оказалась оптимальной заменой ITO.
В ходе экспериментов учёные под руководством Гогоци и Ли обнаружили, что наибольшее растяжение демонстрирует смесь MXene и серебряной нанопроволоки — до 200 % без потери яркости органических светодиодов. Плёнка из MXene оказалась не только более гибкой, чем ITO, — она помогла почти на порядок увеличить яркость за счёт повышения энергоэффективности контакта между верхним светоизлучающим органическим слоем и самой плёнкой; показатель в 17 % является рекордом для растяжимых OLED-дисплеев. Но на этом работа не закончилась. Группа корейских учёных разработала два дополнительных слоя для средней части OLED-дисплея: один направляет положительные заряды на светоизлучающий слой, обеспечивая более эффективное использование энергии, а второй способствует переработке потерянной энергии, которая обычно рассеивается, — таким образом повышается общая яркость дисплея даже при растяжении. Эластичность конструкции достигает 200 %.
Способные удерживать яркость эластичные дисплеи смогут применяться во многих областях: в промышленности и робототехнике, в электронных компонентах одежды, в гаджетах и коммуникационном оборудовании. Однако наиболее перспективным, по мнению учёных, является направление мониторинга здоровья — с помощью таких экранов можно будет создавать устройства, более функциональные, чем современные умные часы. Впрочем, перед выводом этих дисплеев на рынок исследователям придётся решить ещё одну проблему, присущую всем эластичным OLED-дисплеям: существующие материалы не способны поддерживать световое излучение достаточно долго, чтобы удовлетворять нужды потребителей. Необходимо также найти эластичный герметизирующий материал, который защитит компоненты дисплея, не позволяя кислороду и влаге проникать внутрь.
