OLED-дисплеи давно стали стандартом для смартфонов и телевизоров: они тонкие, гибкие и славятся насыщенной цветопередачей. Но у этой технологии есть скрытый враг — внутренние потери света. Значительная часть излучения просто «теряется» внутри экрана, превращаясь в тепло. Можно ли сделать OLED заметно ярче, не жертвуя их плоской формой? Исследователи из KAIST (Корейский передовой институт науки и технологий) утверждают, что да — и предлагают решение, которое более чем вдвое повышает эффективность излучения.
Чтобы понять масштаб проблемы, стоит заглянуть внутрь OLED-панели. Она состоит из нескольких ультратонких органических слоев, уложенных друг на друга. Свет, возникающий в активном слое, проходит через этот «слоеный пирог», многократно отражаясь и частично поглощаясь. В итоге свыше 80 % сгенерированного света не покидает дисплей, а рассеивается в виде тепла.
Инженеры давно пытаются бороться с этим эффектом с помощью так называемых структур вывода света. Самый простой пример — полусферические линзы, которые буквально «вытаскивают» свет наружу. Но они заметно выступают над поверхностью экрана, что плохо сочетается с идеей тонкого и плоского дисплея. Альтернатива — массивы микролинз (MLA), однако для высокой эффективности им нужна площадь больше, чем у отдельного пикселя. В дисплеях с плотной сеткой пикселей это приводит к оптическим помехам между соседними элементами.
Новый подход
Команда под руководством профессора Сынхёпа Ю из Школы электротехники KAIST решила пересмотреть саму логику проектирования OLED. В традиционных расчетах дисплей часто рассматривают как бесконечную светящуюся поверхность. Но в реальности экран состоит из миллионов крошечных пикселей с конечными размерами — и именно это, по мнению исследователей, нельзя игнорировать.
Новая стратегия проектирования учитывает геометрию каждого отдельного пикселя. Такой подход позволяет «направить» больше света наружу даже при неизменных размерах пикселя. Проще говоря, система начинает работать не в теории, а в условиях, максимально приближенных к реальным дисплеям смартфонов и телевизоров.
Плоская структура вывода света
Ключевым элементом разработки стала новая квазиплоская (near-planar) структура вывода света. Она очень тонкая — по толщине сопоставима с обычными массивами микролинз, — но по эффективности почти не уступает громоздким полусферическим линзам той же площади.
Главное достоинство этой структуры в том, что она направляет свет преимущественно вперед, не «разбрасывая» его слишком широко. Это снижает оптическое взаимодействие между соседними пикселями и сохраняет плоскую форму OLED-панели. Более того, решение совместимо с гибкими OLED-дисплеями, что особенно важно для складных смартфонов и носимой электроники.
Результаты и практическая польза
Комбинация нового метода проектирования OLED и квазиплоской структуры вывода света дала впечатляющий результат: эффективность излучения выросла более чем в два раза даже для маленьких пикселей. Это означает, что дисплей может стать ярче при том же энергопотреблении — или, наоборот, потреблять меньше энергии при прежней яркости.
Для пользователя выгоды очевидны: увеличивается время автономной работы смартфонов и планшетов, снижается нагрев устройства, а также потенциально продлевается срок службы самого дисплея.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Первый автор работы Мин Джэ Ким отметил, что идея родилась из небольшого обсуждения на занятиях и выросла в полноценный научный результат благодаря программе бакалаврских исследований KAIST. Профессор Ю добавил, что большинство прежних решений по выводу света разрабатывались для крупных осветительных панелей и плохо подходили для дисплеев с множеством мелких пикселей. Новый подход изначально учитывает эти ограничения.
Важно и то, что метод не ограничивается OLED: его можно адаптировать и для дисплеев нового поколения на основе перовскитов и квантовых точек. А значит, речь идет не просто о локальном улучшении, а о потенциально универсальном инструменте для всей индустрии экранов.
