В рамках проекта «Где рождается наукоемкий бизнес?» эксперты ПостНауки рассказывают о перспективных исследовательских задачах, решение которых не только произведет научный и технологический прорыв, но и будет иметь заметный экономический эффект. Доктор физико-математических наук Дмитрий Паращук рассказывает о преимуществах органических светодиодов, областях применения светоизлучающих полевых транзисторов и задачах повышения эффективности этих устройств.
Источники освещения на органических пленках, органических светодиодах интересны прежде всего очень широким диапазоном цветовых оттенков. Можно легко управлять цветом или длиной волны излучения, немного модифицируя материал. Каждый материал здесь может иметь свой цвет.
Помимо этого, они должны быть эффективными и долговечными. Именно это на данный момент является основной задачей для исследователей и разработчиков. Потому что органика не очень стойкая по сравнению с неорганикой, она может разлагаться, окисляться. С одной стороны, это перспективно, потому что люди производят много отходов, которые сложно утилизировать и перерабатывать, а органическая электроника может быть дружественна окружающей среде, так как способна сравнительно быстро разлагаться. Но по этой же причине она часто недолговечна. Узкое место органических источников освещения — недостаточные эффективность и срок службы. Основная проблема в материалах. Органическая пленка должна светиться десятки тысяч часов и светиться не хуже, чем, например, лампочка.
Впервые органический излучающий светодиод (organic light emitting diode, OLED) был создан около 20 лет назад компанией Kodak в США. Это устройство состояло из двух электродов, между которыми были расположены органические слои. На это устройство подается напряжение, и оно начинает светиться.
В неорганической электронике самые лучшие характеристики имеют материалы с совершенной структурой, то есть кристаллы. Это правило действует и в органической электронике. Органические кристаллы могут быть хорошими полупроводниками. И новые перспективные объекты здесь — это светоизлучающие полевые транзисторы. Это такие устройства, которые в себе объединяют функции светодиода и транзистора. Органические светодиоды уже используют многие производители смартфонов в дисплеях на OLED. Каждый пиксель здесь — это маленький светодиод, которому помогают транзисторы на кремнии. В органической электронике можно сделать устройство, которое объединяет в себе функции управления и излучения, — это будет как раз органический светоизлучающий транзистор.
Органические источники освещения могут иметь очень хорошие энергосберегающие характеристики, не хуже, чем у неорганических светодиодов, за разработку которых в этом году была вручена Нобелевская премия по физике.
Неорганические светодиоды — это всегда точечные источники света. А органическая пленка может быть распределенным источником освещения. И такие светильники уже есть. Это светильники в виде тонких пленок, которые в перспективе можно будет наклеить на стену как обои. Это формирует совершенно другой подход к световым и дизайнерским решениям. Новые осветительные приборы будут протяженными, тонкими, гибкими, полупрозрачными. Пока такие светильники достаточно дорогие и имеют небольшой сегмент рынка. Но очевидно, что он будет расти.
Если измерить спектр светодиодных ламп, то мы увидим, что он существенно отличается от естественного солнечного спектра, наиболее комфортного для человека. Органические светоизлучатели будет гораздо легче подстраивать под необходимый спектр. Пока мощность органических источников света невелика, и сегодня органические светодиоды находят применение там, где не нужно много света и не требуется высокая интенсивность. Например, в подсветках, дизайнерском освещении, освещении в салоне автомобиля или даже самолета.
Еще одно применение, уникальное для органической электроники, где неорганическая электроника ничего не может предложить, — это органические микродисплеи. Обычные жидкокристаллические дисплеи, которые нас окружают, имеют ограничения по яркости. Под каждым монитором есть осветители, и каждый пиксель — это пара поляризаторов, которые то открываются, то закрываются. Это означает, что диапазон яркости не может быть очень широким. Здесь есть источник света, который можно затемнять, но невозможно получить абсолютно темный экран. А в органической электронике возможно, поскольку точка — это светоизлучающий светодиод с огромным диапазоном яркости. Это находит уникальное применение в микродисплеях, которые размещаются перед глазом. Они необходимы прежде всего пожарным, летчикам, которые находятся в сложной световой обстановке с высокой интенсивностью света — от огня или солнца. При этом они должны видеть изображение с микродисплея. В этой сфере конкурентов у органических микродисплеев нет. Такая технология может найти применение и в развлекательной индустрии, когда можно будет смотреть видео в очках с такими микродисплеями с максимально приближенной к реальности глубиной цветопередачи и динамического диапазона.
