Ученые создали растягивающийся OLED-дисплей без потери яркости

В течение многих лет ученые пытались найти способ создать OLED-дисплей, который мог бы сгибаться, скручиваться и растягиваться, сохраняя при этом яркий и стабильный свет. Такие дисплеи потенциально могут привести к созданию нового класса электроники, например, вплетенной в ткань одежды для отображения информации о скорости бегуна или частоте сердечных сокращений.

До сих пор приходилось идти на компромисс: чем сильнее растягивался материал, тем заметнее снижалась яркость дисплея. Прорыв совершила команда учёных под руководством Юрия Гогоци из Университета Дрекселя (Пенсильвания, США) — они разработали специальный класс материалов под названием MXenes, которые позволяют OLED-дисплеям сохранять яркость даже при их значительном растяжении — например, до двукратного размера от первоначального размера. Эти материалы также преобразуют электричество в свет с рекордной квантовой эффективностью 17%. Ученый-материаловед Тэ-Ву Ли из Сеульского национального университета работал над проектом вместе с профессором Гогоци.

Обычно OLED-дисплей состоит из нескольких слоев. В его основе лежит катод, который доставляет электроны к органическим слоям, выступающим в качестве проводников заряда. Проходя через эти слои, электроны сталкиваются с дырками — положительно заряженными квазичастицами — с пленкой оксида индия-олова (ITO), которая действует как анод. Когда эти противоположные заряды объединяются, органический материал выделяет энергию в виде света, образуя пиксели, формирующие изображение. Вся конструкция запечатана стеклом, к которому подсоединен анод, и в этом-то и проблема: стекло хрупкое. Студенты профессора Гогоцци разработали прозрачную проводящую пленку из MXene, ультратонкого и гибкого материала с проводимостью, подобной металлу. Он состоит из нескольких плоских слоев, которые могут перемещаться относительно друг друга, не сгибаясь и не ломаясь. Пленка толщиной всего 10 нм оказалась оптимальной заменой ITO.

В ходе экспериментов ученые под руководством Гогоцци и Ли обнаружили, что смесь MXene и серебряной нанопроволоки обладает наибольшей растяжимостью — до 200% без потери яркости OLED. Пленка MXene оказалась не только более гибкой, чем ITO, но и помогла увеличить яркость почти на порядок, повысив энергетическую эффективность контакта верхнего светоизлучающего органического слоя с самой пленкой; Увеличение на 17% является рекордом для растягивающихся OLED-дисплеев. Но работа на этом не останавливается. Группа корейских ученых разработала два дополнительных слоя для средней части OLED-дисплея: один направляет положительные заряды на светоизлучающий слой, обеспечивая более эффективное использование энергии, а второй помогает перерабатывать потерянную энергию, которая обычно рассеивается, тем самым увеличивая общую яркость дисплея даже в растянутом состоянии. Эластичность конструкции достигает 200%.

Гибкие дисплеи, способные сохранять яркость, могут найти применение во многих сферах: промышленность и робототехника, электронные компоненты для одежды, гаджеты и коммуникационное оборудование. Однако ученые считают, что наиболее перспективным применением является мониторинг здоровья — такие дисплеи можно использовать для создания устройств, более функциональных, чем сегодняшние умные часы. Однако прежде чем вывести эти дисплеи на рынок, исследователям придется решить еще одну проблему, общую для всех гибких OLED-дисплеев: существующие материалы не способны выдерживать излучение света достаточно долго, чтобы удовлетворить потребности потребителей. Также необходимо найти гибкий уплотнительный материал для защиты компонентов дисплея, предотвращая попадание кислорода и влаги.