Эволюция дисплейных технологий годами пыталась догнать подвижную цель: добиться настоящей гибкости без потери яркости и эффективности. Казалось бы, чем больше дисплей тянется и гнётся, тем хуже он светит. Но совместная работа учёных из Университета Дрекселя и Сеульского национального университета показала, что это правило больше не обязательно. Исследователи создали растяжимый OLED-дисплей, способный увеличиваться в размерах вдвое и при этом сохранять ровное свечение и рекордную эффективность.
Ключ к прорыву — материалы класса MXenes. Это ультратонкие, высокопроводящие слои, которые сочетают «металлическую» электропроводность с гибкостью полимеров. Один из их соавторов — материаловед Юрий Гогоци из Университета Дрекселя — ещё несколько лет назад обратил внимание на необычную механику этих соединений.
MXenes представляют собой слоистые карбиды и нитриды, которые не ломаются при деформации, а «подстраиваются» под нагрузку за счёт изгиба и скольжения слоёв. Если сравнивать образно, то это не хрупкое стекло, а колода карт, способная слегка смещаться, не теряя целостности.
Принцип действия
В традиционных OLED-дисплеях свет возникает в «сэндвиче» из органических и проводящих слоёв, когда встречаются положительные и отрицательные заряды. Долгие годы прозрачным электродом служил оксид индия-олова (ITO). Он хорошо проводит ток и пропускает свет, но имеет серьёзный недостаток: хрупкость. При растяжении или изгибе ITO трескается, что делает его непригодным для подвижных и носимых экранов.
MXenes решают эту проблему. Исследователи использовали их в качестве прозрачного электрода, сформировав плёнку толщиной всего около 10 нанометров. Такая плёнка сохраняет проводимость даже при значительном растяжении — и именно это позволило OLED не терять яркость и стабильность при деформации.
Рекордная эффективность
Результаты впечатляют не только механикой, но и цифрами. Новый дисплей показал внешнюю квантовую эффективность 17 % — то есть такую долю электрической энергии, которая превращается в видимый свет. Для intrinsically stretchable OLED это рекорд.
Материаловед Сонхёп Ю из KAIST отмечает, что около 20 % считается теоретическим потолком для подобных устройств. Иными словами, разработка уже вплотную приблизилась к физическим пределам технологии.
Дело не только в электроде. Сеульская команда добавила в структуру OLED два новых органических слоя. Один направляет поток положительных зарядов точно в область излучения света, другой «перерабатывает» энергию, которая в обычных дисплеях ушла бы в тепло. В связке с MXene-плёнкой эти слои поддерживают высокую яркость и стабильность даже под механическим напряжением.
Зачем это нужно
Потенциальные области применения выходят далеко за рамки смартфонов. Растяжимые OLED-дисплеи могут использоваться в промышленности, мягкой робототехнике, носимой электронике и медицинских датчиках. Их можно вплетать в ткань, размещать на коже или встраивать в гибкие поверхности.
Юрий Гогоци особенно выделяет медицинские и диагностические устройства. Представьте экраны, которые в реальном времени показывают жизненные показатели и при этом удобнее и информативнее нынешних фитнес-браслетов и смарт-часов. Это уже не фантастика, а вполне реальный сценарий ближайших лет.
До массового производства ещё предстоит решить ряд задач. Главная из них — инкапсуляция, то есть защита OLED от кислорода и влаги. Эти дисплеи крайне чувствительны к окружающей среде, а существующие барьерные покрытия обычно жёсткие и плохо подходят для растяжимых устройств.
По словам Сонхёпа Ю и исследователя Чикагского университета Сихуна Вана, необходимо создать гибкие и долговечные защитные слои, а также обеспечить равномерность изображения при многократных растяжениях. Без этого коммерциализация будет затруднена.
Несмотря на сложности, учёные уверены: мы наблюдаем начало нового этапа в развитии электроники. Гогоци предполагает постепенный переход от «ручных» экранов — телефонов и планшетов — к встроенным и носимым дисплеям. Экраны на рукавах курток, гибкие панели, которые можно свернуть или носить на теле, могут стать привычной частью повседневной жизни.
Гибкие дисплеи, по сути, перестают быть объектом — и становятся средой. Их можно складывать, сворачивать, носить. А значит, они действительно могут быть везде.
