"Это переносит блюз в область зеленых времен жизни", - сказал Стивен Форрест, заслуженный профессор электротехники Университета Питера А. Франкена и автор-корреспондент исследования в Nature Photonics.

"Я не могу сказать, что проблема полностью решена - конечно, она не будет решена до тех пор, пока не появится на вашем дисплее, - но я думаю, что мы показали путь к реальному решению, которое ускользало от сообщества в течение двух десятилетий".

OLED-экраны входят в стандартную комплектацию флагманских смартфонов и телевизоров высокого класса, обеспечивая высокую контрастность и энергоэффективность, поскольку изменения яркости достигаются за счет излучателей света, а не за счет слоя жидких кристаллов сверху. Однако не все OLED-дисплеи одинаково энергоэффективны.

В современных дисплеях красные и зеленые OLED-дисплеи излучают свет за счет высокоэффективной фосфоресценции, в то время как синие OLED-дисплеи по-прежнему используют флуоресценцию. Это означает, что в то время как красные и зеленые OLED-дисплеи имеют теоретический максимум в один фотон на каждый электрон, проходящий через устройство, синие OLED-дисплеи имеют гораздо меньшую эффективность.

Проблема в том, что синий свет - это самая высокая энергия, которую должно вырабатывать устройство RGB: молекулы в синих фосфоресцирующих OLED-дисплеях (PHOLED) должны обрабатывать более высокие энергии, чем их красные и зеленые аналоги. Большая часть энергии уходит в виде синего света, но, попав в ловушку, она может вместо этого расщеплять молекулы, производящие цвет.

Ранее команда Форреста обнаружила, что существует способ быстрее выводить эту захваченную энергию, используя покрытие на отрицательном электроде, которое помогает преобразовать энергию в синий свет. Хаонань Чжао, недавний аспирант по физике, сказал, что это было похоже на создание скоростной полосы.

"На дороге, где недостаточно полос движения, нетерпеливые водители могут врезаться друг в друга, перекрывая все движение - точно так же, как два экситона, сталкиваясь друг с другом, создают много горячей энергии, которая разрушает молекулу", - сказал Чжао, первый автор этого исследования, а также нового. "Плазмонно-экситонный поляритон - это наша оптическая конструкция для экситонного ускорителя".

Детали основаны на квантовой механике. Когда электрон проходит через отрицательный электрод, он создает так называемое возбужденное состояние в одной из молекул, которая излучает синий свет. Это состояние представляет собой отрицательно заряженный электрон, который переходит на более высокий энергетический уровень, и положительно заряженную "дырку", которую электрон оставляет после себя - вместе они образуют экситон.

В идеале электрон должен был бы быстро вернуться в свое исходное состояние и испустить синий фотон, но экситоны, которые используют фосфоресцирующий путь, как правило, остаются на месте. Простое возвращение к их первоначальному состоянию нарушило бы закон квантовой механики. Однако экситоны, расположенные очень близко к электроду, производят фотоны быстрее, потому что блестящая поверхность поддерживает другую квантовую квазичастицу - поверхностные плазмоны. Они подобны ряби в пруду электронов на поверхности металла.

Если экситон в светоизлучающем материале находится достаточно близко к электроду, он получает небольшую помощь в преобразовании в синий свет, потому что может отдавать свою энергию поверхностному плазмону - явление, известное как эффект Перселла. Это происходит потому, что экситон немного колеблется подобно широковещательной антенне, которая создает волны в электронах электрода. Однако автоматически это не помогает, поскольку не все поверхностные плазмоны производят фотоны. Чтобы получить фотон, экситон должен прикрепиться к поверхностному плазмону, образуя плазмонно-экситонный поляритон.

Команда Форреста поддержала этот подход, добавив тонкий слой полупроводника на основе углерода на блестящий электрод, который стимулирует экситон передавать свою энергию и резонировать правильным образом. Это также распространяет эффект глубже на светоизлучающий материал, так что экситоны, находящиеся дальше от электрода, могут извлечь выгоду.

Команда сообщила об этом в прошлом году, и с тех пор они сочетают этот эффект с другими подходами, чтобы, наконец, получить синюю фольгу, которая может длиться так же долго и гореть так же ярко, как зеленая. Это основные моменты дизайна:

• Два светоизлучающих слоя (тандем OLED): Это сокращает светоизлучающую нагрузку каждого слоя вдвое, уменьшая вероятность слияния двух экситонов.

• Добавление слоя, который помогает экситонам резонировать с поверхностными плазмонами вблизи обоих электродов, так что оба излучающих слоя имеют доступ к скоростной полосе

• Вся конструкция представляет собой оптический резонатор, в котором синий свет резонирует между двумя зеркальными электродами. Это отодвигает цвет фотонов глубже в синий диапазон.

Это исследование было частично поддержано Министерством энергетики и Universal Display Corporation.

Клэр Арнесон, аспирантка по физике в Калифорнийском университете, также внесла свой вклад в это исследование.

Устройство было построено на заводе по нанопроизводству имени Лурье и изучено в Мичиганском центре характеристики материалов.

Команда запатентовала технологию при содействии U-M Innovation Partnerships и выдала лицензию Universal Display Corp. Форрест и Мичиганский университет имеют финансовый интерес к Universal Display Corp.

Форрест также является профессором инженерии имени Пола Г. Гебеля и профессором электротехники и вычислительной техники, материаловедения и инжиниринга, физики и прикладной физики.