Trong một bước tiến có thể đưa đến tuổi thọ của pin trong điện thoại thông minh cao hơn và ti vi màn hình lớn tiêu thụ ít năng lượng hơn, các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan đã tăng tuổi thọ của điốt phát sáng hữu cơ (OLED) xanh dương lên 10 lần.

OLED xanh dương là một trong ba màu sắc được sử dụng trong các màn hình OLED như màn hình điện thoại thông minh và ti vi cao cấp. Cải tiến này có thể tăng hiệu suất của OLED xanh dương trong các thiết bị trên từ khoảng 5-20% hay cao hơn trong tương lai gần.

OLED là công nghệ mới nhất và quan trọng nhất trong công nghệ chế tạo ti vi, cho phép màn hình cực kỳ mỏng và thậm chí cong, đồng thời rõ nét hơn và phạm vi góc nhìn rộng hơn. Ở màn hình “RGB” (red, green and blue), mỗi điểm ảnh chứa các mô-đun đỏ, xanh lá cây và xanh dương tạo ra độ sáng tương đối khác nhau để tạo ra màu sắc mong muốn bất kỳ.

Nhưng không phải tất cả các OLED đều được chế tạo như nhau. OLED lân quang, còn được gọi là PHOLED (Phosphorescent OLED), tạo ra ánh sáng thông qua một cơ chế hiệu quả hơn 4 lần so với OLED huỳnh quang. PHOLED xanh lá cây và đỏ đã được sử dụng trong các ti vi mới, cũng như trong điện thoại thông minh của Samsung và LG, nhưng PHOLED xanh dương là huỳnh quang.

“Có một điểm ảnh lân quang xanh dương là một thách thức quan trọng, nhưng chúng tồn tại không đủ lâu,” GS. Stephen Forrest, cho biết.

Ông và các đồng nghiệp của ông đã trình diễn PHOLED lần đầu tiên vào năm 1998 và PHOLED xanh dương lần đầu tiên vào năm 2001.

Hiện nay, với kết quả nghiên cứu này, Forrest và nhóm của ông hy vọng hạn chế trên sẽ được thay đổi. PHOLED xanh dương hiệu quả sẽ làm giảm đáng kể lượng điện năng ti vi màn hình lớn tiêu thụ cũng như kéo dài tuổi thọ của pin trong các điện thoại thông minh.

Việc cải thiện tuổi thọ cũng sẽ giúp ngăn màu xanh dương không bị mờ so với màu đỏ và màu xanh lá cây theo thời gian.

Năm 2008, trong công trình nghiên cứu hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Universal Display Corp trong, nhóm của Forrest đã đưa ra lời giải thích cho lý do tại sao tuổi thọ của PHOLED xanh dương ngắn. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng các nguồn năng lượng cao cần thiết để tạo ra ánh sáng xanh dương gây tổn hại nhiều hơn khi độ sáng được tăng lên đến các mức cần cho màn hình hay chiếu sáng.

Điều này là do sự tập trung năng lượng vào một phân tử có thể kết hợp với năng lượng của phân tử lân cận và tổng năng lượng đủ để phá vỡ một trong những phân tử này. Vấn đề này ít gặp hơn trong PHOLED phát sáng đỏ và xanh lá cây do cần ít năng lượng hơn để tạo ra các màu sắc ánh sáng này.

“Công trình nghiên cứu trước đây cho biết lý do tại sao tuổi thọ của PHOLED xanh dương ngắn, nhưng nó không cung cấp một chiến lược khả thi để tăng tuổi thọ,” Zhang Yifan, tác giả chính của nghiên cứu mới, cho biết. “Chúng tôi đã sử dụng hiểu biết này để thiết kế một loại PHOLED xanh dương mới.”

Giải pháp này, được Zhang và Lee Jae Sang chứng minh, phát tán năng lượng tạo ra ánh sáng sao cho các phân tử có tính hiệp lực tốt để không bị hủy.

Các PHOLED xanh dương gồm một màng mỏng vật liệu phát sáng kẹp giữa hai lớp dẫn điện - một lớp chứa các điện tử và một lớp chứa các lỗ trống, các khoảng trống điện tích dương tương ứng với sự vắng mặt của một điện tử. Ánh sáng được tạo ra khi các điện tử và lỗ trống gặp nhau trên những phân tử phát sáng.

Nếu các phân tử phát sáng này được phân bố đều, các cặp điện tử-lỗ trống nhiều năng lượng có xu hướng tích lũy gần lớp dẫn điện tử, gây thiệt hại cho quá trình truyền năng lượng. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu sắp xếp các phân tử để chúng tập trung gần lớp lỗ trống dẫn điện và thưa hơn về phía chất dẫn điện tử. Điều này đã thu hút nhiều điện tử hơn vào trong vật liệu, phát tán năng lượng.

Sự phân bố mới này đã làm tăng tuổi thọ của PHOLED xanh dương lên 3 lần. Sau đó, nhóm nghiên cứu tách thiết kế của họ thành hai lớp, giảm một nửa nồng độ các phân tử phát sáng trong mỗi lớp. Cấu hình này làm tăng tuổi thọ lên 10 lần.

“Chương trình nghiên cứu của chúng tôi là một nỗ lực mạnh mẽ hướng tới việc giải quyết các vấn đề quan trọng trong công nghệ OLED và thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp màn hình và chiếu sáng", Julie Brown, Phó chủ tịch, Giám đốc kỹ thuật của Universal Display cho biết. "Kết quá thú vị của GS. Forrest và nhóm nghiên cứu là một bước quan trọng hướng tới một giải pháp thương mại hoàn toàn RGB lân quang.”