通过扩大现有的电极设计超薄太阳能电池板,斯坦福大学的研究人员和合作者在韩国已经开发出一种新的架构OLED -有机发光二极管显示器,可以使电视、智能手机和虚拟或现实增强设备的分辨率高达10000像素每英寸(PPI)。(相比之下，新款智能手机的分辨率约为400至500 PPI。)
斯坦福大学的研究人员帮助开发了一种超高分辨率的新型OLED显示器。这种显示对于虚拟和增强现实技术尤其有用，因为高像素密度可以产生更真实的图像。(图片来源:Getty Images)
这种高像素密度的显示器将能够提供令人惊叹的图像和逼真的细节——这对于设计成距离我们的脸只有几厘米的头戴式显示器来说更加重要。
这一进步是基于斯坦福大学材料科学家马克·布隆格斯玛与三星高级技术学院(SAIT)合作的研究。Brongersma最初走上这条研究道路是因为他想要创造一种超薄的太阳能板设计。
“我们已经利用了这样一个事实，在纳米尺度上，光可以像水一样在物体周围流动，”Brongersma说，他是材料科学和工程的教授，也是10月22日详细介绍这项研究的科学论文的资深作者。“纳米级光子学领域不断带来新的惊喜，现在我们开始影响真正的技术。我们的设计在太阳能电池上效果很好，现在我们有机会影响下一代显示屏。”
除了拥有创纪录的像素密度外，新一代的“偏光电”OLED显示屏还将比现有版本更加明亮，色彩精度更高，而且生产起来也更容易，成本更低。
隐藏的宝石
有机发光二极管的核心是有机发光材料。这些电极夹在高反射和半透明电极之间，使电流注入到设备中。当电流通过OLED时，发射器会发出红色、绿色或蓝色的光。OLED显示屏上的每个像素都是由更小的亚像素组成，这些亚像素产生这些原色。当分辨率足够高时，人眼就会将像素视为一种颜色。oled是一种很有吸引力的技术，因为它们薄、轻、柔韧，而且能产生比其他类型显示器更明亮、更丰富多彩的图像。
演示meta-OLED显示器和底层的偏光层，提高了显示器的整体亮度和颜色，同时保持其轻薄和节能。(图片来源:三星高级理工学院)
这项研究旨在为目前市面上的两种OLED显示器提供一种替代品。其中一种被称为红-绿-蓝OLED，它有单独的亚像素，每个亚像素只包含一种颜色的发射器。这些oled是通过通过一个精细的金属网喷涂每一层材料来控制每个像素的组成而制造的。然而，它们只能小规模生产，就像用于智能手机的那样。
电视机等较大的设备采用白色OLED显示屏。每个子像素包含所有三个发射器的堆栈，然后依靠过滤器来确定最终的子像素颜色，这是更容易制作的。由于滤光片减少了光的整体输出，白色OLED显示屏更耗电，更容易把图像烧到屏幕上。
在2016年至2018年访问斯坦福大学时，SAIT科学家Won-Jae Joo就想到了OLED显示屏。在那段时间里，Joo听了斯坦福大学研究生Majid Esfandyarpour关于他在Brongersma实验室开发的超薄太阳能电池技术的报告，他意识到这种技术的应用不仅仅是可再生能源。
“Brongersma’s教授的研究主题都非常具有学术意义，对于作为三星电子的工程师和研究员的我来说，它们就像隐藏的宝石，”Joo说，他是《科学》杂志那篇论文的第一作者。
在演讲结束后，Joo找到了Esfandyarpour，提出了他的想法，这导致了斯坦福大学、SAI和韩国汉阳大学的研究人员之间的合作。
Esfandyarpour说:“看到我们已经在不同背景下考虑的问题能够对OLED显示器产生如此重要的影响，这是非常令人兴奋的。”
基本的基础
在太阳能电池板和新的OLED背后的关键创新是一层具有纳米级(比微观更小)波纹的反射金属基础层，称为光学超表面。超表面可以操纵光的反射特性，从而允许不同的颜色在像素上产生共振。这些共振是促进有效的oled光提取的关键。
Brongersma说:“这类似于乐器利用声学共振来产生优美且容易听到的音调。”他是斯坦福大学Geballe先进材料实验室的成员，负责这项研究。
例如，红色发射器的光波比蓝色发射器的波长长，在传统的rgb – oled中，蓝色发射器可以转换成不同高度的亚像素。为了创造一个整体的平面屏幕，沉积在发射器上方的材料必须以不均匀的厚度放置。相比之下，在提出的oled中，基层的波纹使每个像素都具有相同的高度，这有助于简化大规模和微型制造的过程。
在实验室测试中，研究人员成功地制造出了微型概念验证像素。与彩色过滤的白色OLED(用于OLED电视)相比，这些像素具有更高的色彩纯度，并且在发光效率上提高了两倍。发光效率是衡量屏幕亮度与耗电量之间的比较。他们还允许超高像素密度10,000像素每英寸。
三星正在研究如何将这项技术集成到全尺寸显示器上，Brongersma急切地等待着结果，希望自己能成为第一批看到这款元oled显示器发挥作用的人。
其他合著者附属于三星电子和韩国汉阳大学。Brongersma也是斯坦福Bio-X和Wu Tsai神经科学研究所的成员，也是Precourt能源研究所的附属机构。Brongersma、Esfandyarpour和三星的Won-Jae Joo是三星电子公司提出的与这项工作相关的专利申请的发明者。
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