En ny elektrod som kan frigöra 20 % mer ljus från organiska lysdioder har utvecklats vid University of Michigan. Det kan hjälpa till att förlänga batteritiden för smartphones och bärbara datorer, eller göra nästa generations tv-apparater och skärmar mycket mer energieffektiva.

Tillvägagångssättet förhindrar ljus från att fångas i den ljusemitterande delen av en OLED, gör det möjligt för OLED att bibehålla ljusstyrkan samtidigt som den använder mindre ström. Dessutom, elektroden är lätt att passa in i befintliga processer för tillverkning av OLED-skärmar och armaturer.

"Med vårt tillvägagångssätt, du kan göra allt i samma vakuumkammare, " sa L. Jay Guo, U-M professor i el- och datateknik och motsvarande författare till studien.

Om inte ingenjörer vidtar åtgärder, cirka 80 % av ljuset som produceras av en OLED fastnar inuti enheten. Det gör detta på grund av en effekt som kallas vågledning. Väsentligen, ljusstrålarna som inte kommer ut från enheten i en vinkel nära vinkelrät reflekteras tillbaka och styrs i sidled genom enheten. De hamnar förlorade inuti OLED.

En stor del av det förlorade ljuset fångas helt enkelt mellan de två elektroderna på vardera sidan av ljussändaren. En av de största förövarna är den genomskinliga elektroden som står mellan det ljusemitterande materialet och glaset, vanligtvis gjord av indiumtennoxid (ITO). I en labbenhet, du kan se instängt ljus skjuta ut från sidorna snarare än att färdas fram till betraktaren.

"Obehandlad, det är det starkaste vågledande lagret i OLED, "Sade Guo. "Vi vill ta itu med grundorsaken till problemet."

Genom att byta ut ITO mot ett lager av silver bara fem nanometer tjockt, avsatt på ett frölager av koppar, Guos team bibehöll elektrodfunktionen samtidigt som de eliminerade vågledningsproblemet i OLED-lagren helt och hållet.

"Industrien kanske kan frigöra mer än 40% av ljuset, delvis genom att byta ut de konventionella indiumtennoxidelektroderna mot vårt lager av transparent silver i nanoskala, sade Changyeong Jeong, första författare och en doktorsexamen. kandidat inom el- och datateknik.

Denna fördel är svår att se, fastän, i en relativt enkel labbanordning. Även om ljuset inte längre styrs i OLED-stacken, att frigjort ljus fortfarande kan reflekteras från glaset. Inom industrin, ingenjörer har sätt att minska den reflektionen – skapa stötar på glasytan, eller lägga till rutmönster eller partiklar som sprider ljuset genom glaset.

"Vissa forskare kunde frigöra cirka 34% av ljuset genom att använda okonventionella material med speciella emissionsriktningar eller mönstrade strukturer, " sa Jeong.

För att bevisa att de hade eliminerat vågledningen i ljussändaren, Guos team var tvungna att stoppa ljuset som fångas av glaset, för. De gjorde detta med en experimentell uppställning med en vätska som hade samma brytningsindex som glas, så kallad index-matching fluid — en olja i det här fallet. Den "indexmatchningen" förhindrar den reflektion som sker vid gränsen mellan högindexglas och lågindexluft.

När de väl hade gjort det här, de kunde titta på sin experimentuppställning från sidan och se om något ljus kom i sidled. De fann att kanten på det ljusemitterande lagret var nästan helt mörk. I tur och ordning, ljuset som kom genom glaset var cirka 20 % starkare.

Fyndet beskrivs i tidskriften Vetenskapens framsteg , i en tidning med titeln, "Att hantera ljusinfångning i organiska lysdioder genom att fullständigt eliminera vågledarlägen."

Denna forskning finansierades av Zenithnano Technology, ett företag som Guo var med och grundade för att kommersialisera sitt labbs uppfinningar av transparent, flexibla metallelektroder för displayer och pekskärmar.

University of Michigan har ansökt om patentskydd. Enheten byggdes i Lurie Nanofabrication Facility.