Новое поколение OLED: белый свет из одного источника

Исследователи из Университета Турку (Финляндия) представили инновационную разработку – цветно-настраиваемый белый OLED-дисплей. Это устройство верхнего свечения, способное генерировать белый свет из одного органического слоя и двух стандартных алюминиевых электродов, полностью отказываясь от использования дефицитного оксида индия-олова (ITO). Такая упрощенная конструкция заменяет сложные органические стеки интеллектуальной оптикой, что обещает снижение производственных затрат и уменьшение зависимости от редких материалов.

Белые OLED-элементы уже используются в премиальных дисплеях, а также находят применение в осветительных приборах и архитектурной подсветке. Однако традиционные белые OLED-устройства отличаются сложностью производства. Как правило, производители смешивают специальные добавки (допанты) красного, зеленого и синего свечения, часто содержащие тяжелые металлы, и добавляют прозрачный слой ITO. Точное соотношение этих компонентов в основной органической среде позволяет добиться белого свечения. Однако эти этапы увеличивают стоимость, приводят к образованию отходов и не являются экологически устойчивыми.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Optical Materials, команда из Университета Турку предложила новый подход. Они использовали стандартную, не содержащую металлов, сине-голубую TADF-молекулу (DMAC-DPS) и модифицировали ее свечение с помощью миниатюрного оптического «зала зеркал», известного как микрорезонатор.

Новое устройство является ITO-free и обладает верхним свечением. Зеркала микрорезонатора изготовлены из обычного алюминия и служат электродами. Светоизлучающий слой представляет собой тонкую пленку из одного компонента на основе эмиттера третьего поколения DMAC-DPS. Это исключает затраты и сложности, связанные с традиционной химией «хозяин-гость» и смешиванием RGB-цветов.

Микрорезонаторы можно сравнить с крошечным залом зеркал, поскольку они отражают свет подобным образом. В новой OLED-технологии, разработанной исследователями, изменение длины резонатора (например, путем регулировки толщины эмиссионного слоя) позволяет смещать спектр излучаемых OLED-цветов.

Одновременно с этим, поверхностные плазмон-поляритоны (SPP) – рябь электромагнитной энергии, распространяющаяся вдоль металлических поверхностей – взаимодействуют с резонансами резонатора, расширяя спектр от синего до белого. Совокупность этих эффектов позволяет получать настраиваемый белый свет с цветовой температурой от примерно 3790 K (теплый белый) до 5050 K (холодный белый) без добавления каких-либо дополнительных материалов.

«Наш прорыв заключается в том, чтобы «меньшими средствами достигать большего», – отмечает ведущий исследователь Маниш Кумар. – Мы демонстрируем, что для получения красивого белого света не требуется сложное смешивание RGB. Позволяя тщательно спроектированному резонатору и поверхностным плазмонам выполнять смешивание, мы превращаем одиночный синий излучатель в настраиваемый белый OLED без ITO и с гораздо более простой структурой, используя материалы, уже знакомые производителям».

Изобретение исследователей способно существенно снизить экологический след и стоимость производства OLED, поскольку требует меньше редких компонентов и меньше этапов обработки. Кроме того, его конструкция легко интегрируется в существующие производственные линии вакуумного напыления. Будучи устройством с верхним свечением, оно может эффективно работать на отражающих или гибких поверхностях, открывая новые возможности для создания изящных светильников, тонких подсветочных модулей и панелей для умных зданий будущего.

«Эта работа показывает, как умный оптический дизайн может заменить химическую сложность», – говорит Константинос Даскалакис, профессор и руководитель исследовательской группы. – «Убирая ITO и допанты из тяжелых металлов, мы движемся к освещению, которое не только энергоэффективно, но и проще в производстве, более устойчиво и дружелюбнее к окружающей среде и цепочкам поставок».

Следующим шагом для исследователей является изучение яркости, эффективности и долгосрочной стабильности, чтобы перейти от лабораторных прототипов к реальным осветительным продуктам.