Diode phát quang hữu cơ (OLED) được sử dụng rộng rãi trong điện thoại thông minh, máy tính bảng và tivi nhờ màu sắc tuyệt vời, thiết kế mỏng, linh hoạt. Tuy nhiên, sự suy giảm ánh sáng bên trong đã hạn chế khả năng cải thiện độ sáng của chúng.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã phát triển một công nghệ giúp tăng gấp đôi hiệu suất phát sáng của OLED, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc phẳng, yếu tố tạo nên ưu điểm của màn hình OLED.
OLED bao gồm nhiều lớp màng hữu cơ cực mỏng xếp chồng lên nhau. Khi ánh sáng đi qua các lớp này, sự phản xạ và hấp thụ lặp đi, lặp lại nhiều lần, thường khiến hơn 80% ánh sáng được tạo ra bên trong bị mất dưới dạng nhiệt trước khi thoát ra ngoài.
Các phương pháp truyền thống để cải thiện khả năng phát sáng, như thấu kính bán cầu hay dải thấu kính siêu nhỏ (MLA), đều có hạn chế. Thấu kính bán cầu nhô ra, làm cản trở việc duy trì hình dạng phẳng, trong khi MLA yêu cầu vùng phủ phải lớn hơn từng điểm ảnh (pixel) riêng lẻ để đạt khả năng chiết xuất ánh sáng đầy đủ. Điều này có thể gây nhiễu giữa các pixel lân cận và hạn chế hiệu quả.
Để giải quyết các thách thức này, một phương pháp thiết kế mới được phát triển nhằm tối đa hóa khả năng phát sáng trong kích thước của từng pixel riêng lẻ. Khác với các phương pháp thông thường giả định OLED mở rộng vô hạn, phương pháp này tính đến kích thước pixel hữu hạn sử dụng trong màn hình thực tế, cho phép phát ra nhiều ánh sáng hơn từ mỗi pixel.
Nhóm nghiên cứu cũng phát triển một cấu trúc ghép nối ánh sáng gần phẳng mới, để hướng ánh sáng hiệu quả về phía trước mà không làm tán xạ quá mức. Cấu trúc này rất mỏng, tương đương các MLA hiện có, nhưng đạt hiệu suất chiết xuất ánh sáng gần bằng với thấu kính bán cầu có cùng kích thước ngang. Do đó, nó giữ được hình dạng phẳng của OLED và có thể ứng dụng cho màn hình linh hoạt.
Việc kết hợp thiết kế OLED mới với cấu trúc ghép nối ánh sáng gần phẳng đã giúp tăng hiệu suất phát sáng hơn gấp đôi, ngay cả ở các pixel nhỏ. Công nghệ này cho phép màn hình sáng hơn cùng loại với cùng mức công suất, giảm sinh nhiệt và dự kiến kéo dài tuổi thọ pin trong các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính bảng. Tuổi thọ màn hình dự đoán cũng sẽ được cải thiện.
Phương pháp này không chỉ giới hạn ở màn hình OLED mà còn có thể áp dụng cho màn hình thế hệ tiếp theo dựa trên các vật liệu như perovskite và chấm lượng tử. Công trình nghiên cứu này được trình bày chi tiết trên Nature Communications.
