導讀

近日，德國拜羅伊特大學的科研人員研究了如何利用聚合物的空間結構，控制OLED顏色并增加顯示器的亮度。

背景

OLED，即有機發光二極管（organic light-emitting diode），是一種由柯達公司開發并擁有專利的顯示技術，這項技術使用有機聚合材料作為發光二極管中的半導體材料。

（圖片來源：維基百科）

相對于傳統的LCD顯示設備來說，OLED具有柔性、自發光、清晰亮麗、輕薄、響應速度快、視角寬、低功耗、適用溫度范圍大、成本低、制造工藝簡單等特點。它的應用范圍非常廣，例如：電視、智能手機、智能穿戴、VR、汽車顯示、汽車照明燈等。

溫故而知新，下面回顧一下先前介紹過的有關OLED的創新研究案例：

1）韓國科學技術院成功制造出一種位于超薄纖維上的高效有機發光二極管（OLED）。該團隊通過將OLED 集成到織物中，開發出了世界上最具柔性、最可靠性的可穿戴顯示器技術。

（圖片來源：KAIST）

2）德國弗勞恩霍夫協會的研究人員采用大面積微型顯示器技術，開發出一種具有極高幀頻、分辨率、對比度、全高清效果的新型OLED微型顯示器。同時，它采用的光學組件更少，功耗更低，性能明顯超越目前市場上的同類產品。

（圖片來源：Claudia Jacquemin）

3）德國弗勞恩霍夫協會的研究人員開發出一種基于OLED技術的顯示器，它不僅將功耗降到很低，延長了智能眼鏡的待機時間，同時也降低了因處理器發熱給佩戴者帶來的不適感。

（圖片來源：Fraunhofer FEP）

創新

在有機發光二極管（OLED）中，共軛聚合物通常作為有機半導體使用。近日，德國拜羅伊特大學（ University of Bayreuth）的科研人員研究了如何利用這些聚合物的空間結構，控制OLED顏色并增加顯示器的亮度。他們已經將這種之前未知的機制發表于科學雜志《美國科學院院報（PNAS）》。

（圖片來源：Christian Wi?ler）

技術

在這項新研究發現中，適用于有機發光二極管的聚合物起到了核心作用。連接分子構件的鏈形成了他們的脊柱。如果聚合物受到激光束照射，它們將吸收光線，并將它作為激發能存儲起來。這種能量沿著脊柱傳播，不久之后通過光輻射釋放出來。

迄今為止，一直存在這樣一種假設：發射光的顏色取決于能量沿著聚合物可以擴散多遠。據稱，聚合物彎曲地越厲害，能量傳播的距離就越短。然而，拜羅伊特大學的科學家們現在駁倒了這一假設。他們研究的聚合物化學性質相同，并可彎曲成不同角度，但激發能的傳播距離總是相同。彎曲的聚合物通常發出綠光或者藍光，而延長的聚合物發出黃色或者紅色的光。

這篇發表于 PNAS 雜志的論文的領導作者、物理學家 Dominic Raithel 表示：“當有機發光二極管中使用這些聚合物時，聚合物不同的空間結構可以用于精準地控制OLED的發光顏色。”

拜羅伊特大學的研究人員也發現，延長的共聚物擁有由側鏈形成的支架，從而可以穩定延長結構。Raithel 表示：“這將為發光二極管帶來特殊的優勢：當延長的聚合物分層地位于相互之上時，支架提供穩定性。因此光學發射不會被減弱。”

下圖所示：左部，具有延長脊柱（紅-黃）的聚合物，分子構件的長側鏈（灰）形成支架，這種支架可以穩定延長部分；右部，具有彎曲脊柱的聚合物。

（圖片來源：Dominic Raithel）

該背景下，通過緊密的跨學科合作，天然和合成的有機材料都得到了研究。例如，官能高聚物方面的專家、實驗物理學家 Anna K?hler 教授 、Jürgen K?hler 教授、Mukundan Thelakkat 教授都參與了新實驗。

聚合物的比較性實驗研究采用了不同的光譜學方法。與拜羅伊特大學進行合作實驗研究的 Richard Hildner 博士解釋道：“決定性因素是非常低的溫度條件下的單分子光譜學，拜羅伊特大學為我們提供了它的高性能架構。使用這種方法，我們能夠判斷發射光的顏色，以及最終擴展跨越鏈狀聚合物的激發能。”

拜羅伊特大學的科學家們與位于休斯頓的賴斯大學的Lena Simine 博士和Peter J. Rossky 教授的研究小組合作，對于聚合物結構對發射光顏色的影響進行了拓展計算。將理論和實驗方法結合到一起，從而更深入地理解傳統的成像技術無法搞清楚的單個聚合物鏈的空間架構。

價值

拜羅伊特大學的這項研究，讓我們能夠更深入地理解聚合物的空間結構與OLED發光顏色以及亮度之間的關系，有利于進一步提升OLED器件的性能。