科技生活| 基礎科學原理重要發現 新OLED顯示器更高效多彩

[星島綜合報道] 創造下一代有機發光二極管(OLED)顯示器的挑戰是找到一種在不降低電效率的情況下提高色彩亮度的方法。研究人員現在已經找到了通過應用一個基本科學原理來實現這一目標的方法。

從高解像度的智能手機到電腦顯示器和巨大電視屏幕,OLED顯示器無處不在。有機發光二極管由一個薄薄的碳基半導體層組成,當相鄰的電極通電時就會發光。OLED的工作原理與傳統的LED類似,但它們不是使用n型和p型半導體層,而是使用有機分子來產生電子。

一個簡單的OLED是由六層組成的。頂部(密封)和底部(襯底)是保護性玻璃或塑料層。在這中間,有一個負極(陰極)和一個正極(陽極),在這之間有兩層有機分子:發射層,緊挨著陰極,光就是從這裡產生的;導電層,緊挨著陽極。

用於創建這些層的有機分子本質上具有廣泛的發射光譜,這影響了它們的照明特性,限制了高端顯示器的可用顏色範圍(色彩空間)和飽和度。雖然彩色過濾器或光學諧振器可以人為地縮小發射光譜,但這可能會降低能源效率。

德國科隆大學和蘇格蘭聖安德魯斯大學的研究人員合作,應用一個基本的科學原理來正面解決這個問題:光和物質的強耦合(strong coupling)

研究人員說:「當光子(光)和激子(物質)表現出足夠大的相互作用時,它們可以強耦合,產生所謂的激子偏振子。這個原理可以比作兩個耦合的鐘擺之間的能量傳遞,只不過這裡是光和物質都在相互耦合,不斷交換能量。」

研究人員發現,通過將OLED嵌入由金屬材料製成的薄鏡之間,可以大大改善光和有機材料之間的耦合,這種材料已經被廣泛用於顯示器行業。

為了避免通常導致的電效率下降,研究人員添加了一層單獨的強光吸收分子薄膜,就像有機太陽能電池中使用的那些分子。他們發現,附加層放大了強光-物質耦合的效果,而沒有明顯降低OLED中發光分子的效率。

該研究的主要作者Malte Gather說:「由於效率和亮度與商業顯示器中使用的OLED相當,但色彩飽和度和色彩穩定性明顯提高,我們的基於偏振子的OLED對顯示器行業具有極大的興趣。」

雖然基於偏光子的有機發光二極管(POLEDs)在科學界已經眾所周知,但它們的實際應用卻因能源效率差和亮度低而受到阻礙。

隨著這些問題現在得到解決,研究人員希望他們的工作不僅能產生下一代的OLED顯示器,而且在激光和量子計算方面有更廣泛的應用。

圖片:University of Cologne

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