近年來，線偏振有機發光二極體已經極大豐富了偏振光學和光電子行業的應用場景。針對三維顯示、增強現實/虛擬實境、高密度資料儲存和光學加密等，兼顧高偏振、強定向發射、窄頻寬、多色可調的線偏振有機發光二極體的低成本和大面積製備，是當前領域內所面臨的重要挑戰。
近期，北京工業大學梁寧寧教授-翟天瑞教授團隊提出了基於鐳射雙光束干涉光刻和真空熱蒸鍍法的高效能雙色正交偏振有機發光二極體。該方法成功獲得了3×3 cm 2的大面積電介質/金屬奈米一維光柵，透過精細的理論模擬和器件設計最佳化，實現了有機發光二極體高強度的天藍光橫電模波導模式和綠色橫磁模波導模式的正交出射，其優異偏振消光比已滿足商業化需求；實現了兼具高偏振消光比、高外量子效率和定向發射的雙色正交偏振發射的有機發光二極體。相關成果以“Dual-color emissive OLED with orthogonal polarization modes”為題發表於期刊 Nature Communications上。
為確保金屬電極的導電性和透光性，研究者藉助時域有限差分法有效確定了電介質和金屬電極的種類和厚度，採用鐳射雙光束干涉光刻和真空熱蒸鍍法成功製備週期為300 nm、槽深80 nm、尺寸為3×3cm 2的100-nm-MgF 2(100 nm)/25-nm-Ag一維光柵電極，如圖1所示。該工作摒棄了傳統OLED採用透明ITO為陽極而引發的弱微腔效應，透過引入具有高反射率的雙金屬電極形成法布里-泊羅微腔；結合時域有限差分法實現470 nm波長橫電偏振波導模式的最大局域，如圖2a-h。透過一維光柵的引入，有效將法布里-泊羅微腔與光柵微腔耦合形成對橫電、橫磁偏振波導模式的不同響應，實現了實現了強烈的470 nm波長TE光以及抑制的500 nm波長TM光正交偏振光出射，如圖2i-o，確定了耦合腔的耦合理論。
本工作實現了具有垂直髮射的橫電天藍色偏振光出射，其兼具15.8 dB的偏振消光比、28 nm被抑制的半高全寬和±30°的小角度發射，同時實現了橫磁綠色偏振光的出射；所提出的設計理念可擴充套件至具有高消光比和出色外量子效率的全色域線性偏振調製，為製造低成本、大面積、多偏振的多色發光LP-OLED提供了強大的平臺，用於三維顯示、增強現實/虛擬實境、高密度資料儲存和光學加密。北京工業大學為該論文的唯一完成單位，物理與光電工程學院博士研究生陳瑞祥為第一作者，梁寧寧校聘教授與翟天瑞教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金專案資助。
圖1. 電介質/金屬奈米光柵結構的設計思路及具體制備工藝示意圖。
圖3. 平面OLED與波紋OLED的器件效能結果。
圖5. 偏振和色彩協同調控的彩色影象加密應用。
參考文獻：
Chen, R., Liang, N. & Zhai, T. Dual-color emissive OLED with orthogonal polarization modes. Nat. Commun.15, 1331 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45311-1
來源：高分子科學前沿
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