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控制OLED颜色的新方法:让显示器更明亮!

 信条 2018-03-29

导读


近日,德国拜罗伊特大学的科研人员研究了如何利用聚合物的空间结构,控制OLED颜色并增加显示器的亮度。


背景


OLED,即有机发光二极管(organic light-emitting diode),是一种由柯达公司开发并拥有专利的显示技术,这项技术使用有机聚合材料作为发光二极管中的半导体材料。


(图片来源:维基百科)


相对于传统的LCD显示设备来说,OLED具有柔性、自发光、清晰亮丽、轻薄、响应速度快、视角宽、低功耗、适用温度范围大、成本低、制造工艺简单等特点。它的应用范围非常广,例如:电视智能手机智能穿戴VR、汽车显示、汽车照明灯等。


温故而知新,下面回顾一下先前介绍过的有关OLED的创新研究案例:


1)韩国科学技术院成功制造出一种位于超薄纤维上的高效有机发光二极管(OLED)。该团队通过将OLED 集成到织物中,开发出了世界上最具柔性、最可靠性的可穿戴显示器技术


(图片来源:KAIST


2)德国弗劳恩霍夫协会的研究人员采用大面积微型显示器技术,开发出一种具有极高帧频、分辨率、对比度、全高清效果的新型OLED微型显示器。同时,它采用的光学组件更少,功耗更低,性能明显超越目前市场上的同类产品。


(图片来源:Claudia Jacquemin


3)德国弗劳恩霍夫协会的研究人员开发出一种基于OLED技术的显示器,它不仅将功耗降到很低,延长了智能眼镜的待机时间,同时也降低了因处理器发热给佩戴者带来的不适感。


(图片来源:Fraunhofer FEP)


创新


在有机发光二极管(OLED)中,共轭聚合物通常作为有机半导体使用。近日,德国拜罗伊特大学( University of Bayreuth)的科研人员研究了如何利用这些聚合物的空间结构控制OLED颜色增加显示器的亮度。他们已经将这种之前未知的机制发表于科学杂志《美国科学院院报(PNAS)》。


(图片来源:Christian Wißler)


技术


在这项新研究发现中,适用于有机发光二极管的聚合物起到了核心作用。连接分子构件的链形成了他们的脊柱。如果聚合物受到激光束照射,它们将吸收光线,并将它作为激发能存储起来。这种能量沿着脊柱传播,不久之后通过光辐射释放出来。


迄今为止,一直存在这样一种假设:发射光的颜色取决于能量沿着聚合物可以扩散多远。据称,聚合物弯曲地越厉害,能量传播的距离就越短。然而,拜罗伊特大学的科学家们现在驳倒了这一假设。他们研究的聚合物化学性质相同,并可弯曲成不同角度,但激发能的传播距离总是相同。弯曲的聚合物通常发出绿光或者蓝光,而延长的聚合物发出黄色或者红色的光。


这篇发表于 PNAS 杂志的论文的领导作者、物理学家 Dominic Raithel 表示:“当有机发光二极管中使用这些聚合物时,聚合物不同的空间结构可以用于精准地控制OLED的发光颜色。”


拜罗伊特大学的研究人员也发现,延长的共聚物拥有由侧链形成的支架,从而可以稳定延长结构。Raithel 表示:“这将为发光二极管带来特殊的优势:当延长的聚合物分层地位于相互之上时,支架提供稳定性。因此光学发射不会被减弱。”


下图所示:左部,具有延长脊柱(红-黄)的聚合物,分子构件的长侧链(灰)形成支架,这种支架可以稳定延长部分;右部,具有弯曲脊柱的聚合物。

(图片来源:Dominic Raithel)


该背景下,通过紧密的跨学科合作,天然和合成的有机材料都得到了研究。例如,官能高聚物方面的专家、实验物理学家 Anna Köhler 教授 、Jürgen Köhler 教授、Mukundan Thelakkat 教授都参与了新实验。


聚合物的比较性实验研究采用了不同的光谱学方法。与拜罗伊特大学进行合作实验研究的 Richard Hildner 博士解释道:“决定性因素是非常低的温度条件下的单分子光谱学,拜罗伊特大学为我们提供了它的高性能架构。使用这种方法,我们能够判断发射光的颜色,以及最终扩展跨越链状聚合物的激发能。”


拜罗伊特大学的科学家们与位于休斯顿的赖斯大学的Lena Simine 博士和Peter J. Rossky  教授的研究小组合作,对于聚合物结构对发射光颜色的影响进行了拓展计算。将理论和实验方法结合到一起,从而更深入地理解传统的成像技术无法搞清楚的单个聚合物链的空间架构。


价值


拜罗伊特大学的这项研究,让我们能够更深入地理解聚合物的空间结构与OLED发光颜色以及亮度之间的关系,有利于进一步提升OLED器件的性能。


关键字


OLED聚合物光学


参考资料


【1】/en/university/press/press-releases/2018/042-OLEDs/index.html

【2】Dominic Raithel, Lena Simine, Sebastian Pickel, Konstantin Schötz, Fabian Panzer, Sebastian Baderschneider, Daniel Schiefer, Ruth Lohwasser, Jürgen Köhler, Mukundan Thelakkat, Michael Sommer, Anna Köhler, Peter J. Rossky, Richard Hildner. Direct observation of backbone planarization via side-chain alignment in single bulky-substituted polythiophenes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 115 (11): 2699 DOI: 10.1073/pnas.1719303115




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