1月15日，據(jù)“朝鮮日報”消息，由韓國首爾國立大學(xué)和美國德雷塞爾大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)通過采用新材料，成功解決了現(xiàn)有可拉伸OLED的亮度及耐久性下降問題。新開發(fā)的器件即使拉伸至原長度的1.6倍，仍能保持大部分亮度，并且在多次彎曲和拉伸的情況下，性能損失也顯著降低。
圖片來源：韓國首爾國立大學(xué)和美國德雷塞爾大學(xué)
簡單來說，OLED是一種極其薄的“三明治”結(jié)構(gòu)，通電后能自行發(fā)光。它是在兩層電極之間夾入一層有機(jī)材料（聚合物），當(dāng)電流通過時，不同電極上的正電荷與負(fù)電荷會在有機(jī)層中相遇并結(jié)合。這一過程中短暫產(chǎn)生的能量團(tuán)被稱為“激子”。當(dāng)激子穩(wěn)定下來并釋放能量時，便產(chǎn)生了光，這就是電致發(fā)光的原理。通過改變有機(jī)材料的化學(xué)成分，還可以調(diào)節(jié)發(fā)出光的顏色。
然而，要讓OLED具備柔韌性，就必須將其各層沉積在類似塑料的基板上。但在反復(fù)折疊、展開和拉伸的過程中，電極或有機(jī)層會逐漸受損，從而導(dǎo)致亮度和效率下降。事實(shí)上，盡管可拉伸OLED已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但隨著時間推移，像素亮度和柔韌性逐漸減弱的問題始終未能徹底解決。
研究人員表示：“可拉伸OLED技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但由于透明電極層的限制，過去十年間其拉伸性能的提升停滯不前。本次研究聚焦于一個長期難題——如何在經(jīng)歷反復(fù)機(jī)械變形后，仍能長時間保持發(fā)光性能。”
研究人員首先對發(fā)光層本身進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，開發(fā)出一種新型有機(jī)發(fā)光層。這種新層能夠更有效地促進(jìn)電荷相遇形成激子，并將激子轉(zhuǎn)化為光的過程。研究人員形象地比喻道：“稍微減慢旋轉(zhuǎn)木馬的速度，使其更容易上去，從而創(chuàng)造有利于電荷結(jié)合形成激子的能量條件�！�
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，傳統(tǒng)OLED中常用的聚合物發(fā)光材料的轉(zhuǎn)化效率通常僅停留在12%到22%的水平，而新開發(fā)的這一層則能使超過57%的激子真正用于發(fā)光。換句話說，相同電量下，該技術(shù)能提取出更多的光。
此外，研究人員還以熱塑性聚氨酯材料作為基礎(chǔ)原料，進(jìn)一步提升了發(fā)光層的延展性，使器件在拉伸過程中不易破裂。
其次，研究團(tuán)隊(duì)正面攻克了長期以來制約可拉伸OLED發(fā)展的電極難題。由于顯示屏需要發(fā)光，電極通常也必須具備透明性；然而，要同時滿足透明、導(dǎo)電性能優(yōu)異且能像橡膠一樣延展的條件，難度極大。
研究團(tuán)隊(duì)采用了德雷塞爾大學(xué)于2011年開發(fā)的二維納米材料“MXene”，該材料因其薄層結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的導(dǎo)電性，作為下一代電極材料而備受關(guān)注。研究人員將銀納米線與MXene相結(jié)合，成功制備出既透明又具有良好延展性的電極。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)形成了一個能讓電荷順暢流通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保電荷不會中斷，并能更高效地傳輸至發(fā)光層。
隨后，研究團(tuán)隊(duì)綜合上述研究成果，成功研制出了可拉伸綠色OLED顯示屏原型。他們制作了心形、數(shù)字顯示等簡單形態(tài)的顯示屏，并對其光效、拉伸時性能衰減程度以及多次使用后的耐久性進(jìn)行了全面測試。
新器件在拉伸至原始尺寸的1.6倍時仍能正常工作，即使在最大變形量的60%水平下，性能也僅下降10.6%。此外，在反復(fù)進(jìn)行2%變形循環(huán)100次后，其發(fā)光效率仍能保持83%，展現(xiàn)出其在反復(fù)彎曲和拉伸后的耐久性。
研究人員表示：“團(tuán)隊(duì)新研發(fā)的OLED外量子效率（EQE）達(dá)到了17%。相比之下，現(xiàn)有可拉伸OLED的外量子效率約為6%，而17%幾乎是前者的三倍�！睋�(jù)悉，EQE是衡量OLED性能的核心指標(biāo)之一，數(shù)值越高，意味著在相同電力消耗下能夠?qū)崿F(xiàn)更亮的顯示效果。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在所開發(fā)的薄膜中添加了四種調(diào)節(jié)發(fā)光特性的添加劑，成功實(shí)現(xiàn)了全彩色可拉伸顯示屏。此外，他們還以適合可穿戴設(shè)備的簡單、低功耗驅(qū)動方式——“無源驅(qū)動型OLED”形式，制造出了可拉伸顯示屏。
研究人員補(bǔ)充道：“未來，我們將繼續(xù)優(yōu)化OLED的使用壽命，改進(jìn)材料與電極設(shè)計(jì)，并優(yōu)化大面積生產(chǎn)的制造工藝。這種既能良好延展，又能長時間保持亮度與效率的可拉伸OLED，有望應(yīng)用于貼膚式顯示傳感器，甚至可用于物理人工智能領(lǐng)域�！保ㄗg自朝鮮日報） |
