Дисплеи прошли долгий путь: от чудовищных ЭЛТ-телевизоров до тонких и легких ЖК-дисплеев и портативных дисплеев для смартфонов, которые мы имеем сейчас. Однако переходу на носимые дисплеи помешала раздражающая привычка OLED-дисплеев ломаться, а не гнуться. Возможно, это больше не проблема, поскольку южнокорейские исследователи в сотрудничестве с коллегами из Университета Дрекселя в Филадельфии утверждают, что разработали новый тип OLED-дисплея, который можно сгибать и растягивать.
Гибкие OLED-дисплеи существуют уже более десяти лет, но современные складные смартфоны имеют серьезные недостатки, такие как значительное снижение долговечности дисплея. Повторяющееся складывание и раскладывание приводит к микротрещинам проводящих дорожек и постепенному разрушению органических слоев подложки OLED. Это проявляется в виде видимых повреждений и снижения качества изображения. Тот же недостаток также чрезвычайно затрудняет интеграцию гибкого OLED-дисплея текущего поколения в носимые устройства, которые, вероятно, будут подвергаться повторяющимся циклам растяжения и складывания.
В новом гибком OLED-дисплее, описанном в журнале Nature, используются наноматериалы, которые позволяют безопасно растягивать его в 1,6 раза по сравнению с первоначальным размером. В то время как современные носимые дисплеи теряют значительную часть своей яркости при растяжении, этот OLED-дисплей с улучшенными наноматериалами предположительно может сохранять 83% своей светоотдачи после 100 циклов работы при нагрузке 2%. Давайте посмотрим, что делает эту новую технологию эффективной.
Использование нанотехнологий для улучшения яркости и долговечности
Традиционные гибкие OLED-дисплеи не могут выдержать множество циклов изгиба и растяжения из-за хрупкости проводящих электродов и органических слоев, из которых состоит панель. Электрические основы изнашиваются в результате повторяющихся циклов нагрузки, а растягивающиеся полимерные слои, введенные для повышения гибкости и долговечности, снижают яркость дисплея и его энергоэффективность.
Новая гибкая конструкция OLED преодолевает эти недостатки за счет использования наноматериала, получившего название MXene, для создания прозрачных и растягивающихся электродов. Разработанный Инженерным колледжем Университета Дрекселя в 2011 году, наноматериал сочетает в себе превосходную электропроводность, механическую прочность, растяжимость и прозрачность. Это позволяет создать сгибаемый дисплей, который, как утверждается, сохраняет почти 90% своей производительности и эффективности при растяжении до 60% от максимального предела деформации.
Заявления исследователей о впечатляющей светоэффективности основаны на новом растягивающемся органическом слое, называемом фосфоресцентным слоем с эксиплексом (ExciPh), который существенно изменяет энергетический уровень OLED-системы для более эффективного производства света. Пиксель OLED излучает свет путем объединения положительных и отрицательных зарядов, генерируемых электродами, которые в конечном итоге объединяются, образуя экситон. Последующий распад этих экситонов генерирует электролюминесценцию, управляющую отдельными пикселями OLED. Новый слой ExciPh позволяет более 57% экситонов излучать свет, что намного выше, чем у традиционных гибких органических светодиодов (от 12% до 22%). Это делает гибкий дисплей не только более долговечным, но и значительно более ярким.
Перерастут ли эти лабораторные эксперименты в потребительские приложения?
Хотя публикация исследовательских работ по высокотехнологичным дисплеям и другим многообещающим технологиям, связанным с телефонами, не всегда приводит к созданию потребительских товаров, совместная американо-корейская исследовательская работа, по крайней мере, привела к созданию дисплеев, которые позволяют заглянуть в будущее. Исследователи из Университета Дрекселя продемонстрировали эффективность своей технологии растягивающихся OLED-дисплеев с помощью двух зеленых монохромных дисплеев: на одном был изображен значок сердца, а на другом — набор цифр.
Их коллеги из Сеульского национального университета пошли еще дальше, разработав полноцветный растягиваемый дисплей, наполненный растягивающимися OLED-дисплеями с пассивной матрицей. Другими словами, эта гибкая OLED-технология уже кажется относительно зрелой, и ее внедрение в решениях для носимых дисплеев с низким энергопотреблением не исключено.
Авторы этой исследовательской статьи перечисляют мониторинг здравоохранения в режиме реального времени и носимые коммуникационные технологии в качестве потенциальных применений прототипов растягивающихся OLED-дисплеев, продемонстрированных в их журнальной публикации. Между тем, современные исследования в области растягивающихся батарей, о которых говорится в ACS Energy Letters, похоже, предвещают будущее, в котором носимые дисплеи станут нормой, а не научной фантастикой.
