OLED | 科学家借用太阳能面板技术开发新型超高分辨率OLED显示器

CINNO Research 产业资讯，Meta-OLED 显示器及其相应超光子层的示意图，这种方案可以极大改善显示器的整体亮度和颜色纯度，另外还可以保持产品的轻薄结构和高的能效。

图片来源：三星高级技术学院

根据外媒 QNewshub 报道，通过对超薄太阳能电池板电极现有设计的进一步扩展，斯坦福大学研究人员和韩国的相应合作者开发了一种新架构的 OLED（有机发光二极管）显示器。这种显示器可以进一步帮助电视、智能手机以及虚拟 / 增强现实用显示分辨率提升到最高每英寸 10,000 像素（作为比较，当前智能手机的分辨率约为 400 至 500 PPI。） 这样的高像素密度显示器可以提供图像更为逼真的细节，这对于一些近眼头戴式显示器的设计而言尤为重要。 这项成果是基于斯坦福大学材料科学家马克·布朗斯马（Mark Brongersma）与三星技术研究院（SAIT）的合作研究获得的。布朗斯马之所以会走到这一研究道路上，最初是因为他想研究一种超薄的太阳能电池板设计。 这项成果于 10 月 22 日发表在《科学》（Science）论文上，作为通讯作者的布朗格斯玛教授说：“从纳米层面看，光可以像水一样在物体周围流动，这一事实让我们深受启发。纳米光子学领域不断带来新的惊喜，现在，我们借助这些成果开始慢慢影响更为工程化的技术。我们原来的这种设计对于太阳能电池非常有效，现在，研究证明它还将有机会影响下一代显示器。” 除了具有创纪录的像素密度外，这种新型“超光子（Meta-photonic）”OLED 显示器对比现有产品将具有更高的亮度，更高的色彩准确度。最后，这种设计的生产成本也非常具有吸引力。 隐藏的宝石 OLED 的核心应该是有机发光材料，这些发光材料被夹在高反射电极和半透明电极之间，并通过电流的注入来驱动。当电流流过 OLED 时，上述发光层会发出红色，绿色或蓝色的光。OLED 显示器中的每个像素都由产生这些基本颜色的较小子像素组成。当分辨率足够高时，人眼将较小的子像素看成一个基本像素（颜色）。近年来，OLED 是一种引人注目的技术，因为它们比目前其他类型的显示器更轻薄，且具有柔性，另外它的颜色表现也具有优势。 这项研究旨在为目前市售两种类型的 OLED 显示器提供替代方案。其中一种类型称为红绿蓝 OLED（RGB-OLED），这种显示器具有三个独立的子像素，且每个子像素仅包含一种颜色的发光材料。这种 OLED 的制造方法是，通过 FMM 将每一层材料蒸镀到基板上，进而控制每个像素的发光和颜色。不过目前来看，这种方案基本只能在小尺寸显示应用（智能手机）上获得一定规模的生产。 另一种类型就是目前电视等较大尺寸显示设备所采用的白色 OLED 显示方案。这些子像素中的每一个都包含了所有三种发光层（堆叠在一起），它通过彩膜确定最终子像素的发光颜色，实际上，这种方案制造起来也更为容易。由于彩膜总是会降低总的光能量输出，所以白色 OLED 显示方案制作出的显示面板更耗电，另外也更容易出现图像烧屏问题。 SAIT 科学家 Won-Jae Joo 在 2016 年至 2018 年访问斯坦福大学时，OLED 显示应用就一直萦绕在他的脑海中。在此期间，Joo 听了斯坦福大学研究生 Majid Esfandyarpour 关于他正在开发的超薄太阳能电池技术的演讲。Esfandyarpour 的研究开发在 Brongersma 的实验室进行，当时 Joo 就看到了这一点，即这种技术还可以应用到可再生能源领域外，比如显示领域。

 “布朗斯马教授研究的课题在学术领域非常具有深度，对于作为三星电子工程师和研究员的我来说，它们就是一些隐藏的宝石，”《科学》论文的主要作者 Joo 说道。 就在演讲结束后，Joo 向 Esfandyarpour 提出了自己的想法，并促成了斯坦福大学，SAI 和韩国汉阳大学研究人员之间的这次合作。 Esfandyarpour 说：“看到我们在不同背景下考虑过的问题和方案，可以对 OLED 显示器产生如此重要的影响，这真是令人兴奋。” 基础建立 太阳能电池板和新型 OLED 显示器背后的关键创新都是反射金属的基层，在他们的设计中，这种基层具有纳米级（小于微观）波纹，也被称为光学超表面（Optical Metaface）。这种超表面可以调制光的反射特性，从而让像素中不同颜色的光产生共振。这一共振机制的应用正是促进 OLED 光取出效率提升的关键。 布朗斯马教授说道：“这一机制类似于我们的乐器，它能够利用共振产生美丽且易于听见的音调，”布朗斯马教授主导了这一研究，实际上，这项研究也是斯坦福大学 Geballe（高级材料研究）实验室工作的一部分。 举个例子，红色发光材料发出的光具有比蓝色发光材料更长的波长，这在传统的 RGB-OLED 中对应为子像素高度的不同。为了在总体上形成一个平面屏幕，沉积在发光材料上方的其他材料必须具有不同的厚度。相比之下，这项研究所提出的 OLED 设计方案中，基层波纹可以让每个像素对应的这些“其他材料”具有相同的高度，这一点非常有利于简化器件的大规模和微型制造过程。 在实验室测试中，研究人员用上述“基层波纹”的超表面技术成功地制作出了这种超高分辨率的概念验证像素。与基于彩膜的白色 OLED（用于 OLED 电视中）方案相比，这些像素具有更高的色纯度，且发光效率（屏幕亮度与所使用电能的比值）获得了两倍的提高。另外，这种方案更可以实现每英寸 10,000 像素的超高像素密度。 下一步，三星电子正在追求将这项工作的研究成果整合到全尺寸显示器中，而布朗斯马教授等也迫切地等待这一结果，并希望成为最早看到 Meta-OLED 显示器的人之一。
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