Nat. Commun.：双色正交偏振有机发光二极管

近年来，线偏振有机发光二极管已经极大丰富了偏振光学和光电子行业的应用场景。针对三维显示、增强现实/虚拟现实、高密度数据存储和光学加密等，兼顾高偏振、强定向发射、窄带宽、多色可调的线偏振有机发光二极管的低成本和大面积制备，是当前领域内所面临的重要挑战。

近期，北京工业大学梁宁宁教授-翟天瑞教授团队提出了基于激光双光束干涉光刻和真空热蒸镀法的高性能双色正交偏振有机发光二极管。该方法成功获得了3×3 cm2的大面积电介质/金属纳米一维光栅，通过精细的理论模拟和器件设计优化，实现了有机发光二极管高强度的天蓝光横电模波导模式和绿色横磁模波导模式的正交出射，其优异偏振消光比已满足商业化需求；实现了兼具高偏振消光比、高外量子效率和定向发射的双色正交偏振发射的有机发光二极管。相关成果以“Dual-color emissive OLED with orthogonal polarization modes”为题发表于期刊Nature Communications上。

为确保金属电极的导电性和透光性，研究者借助时域有限差分法有效确定了电介质和金属电极的种类和厚度，采用激光双光束干涉光刻和真空热蒸镀法成功制备周期为300 nm、槽深80 nm、尺寸为3×3cm2的100-nm-MgF2(100 nm)/25-nm-Ag一维光栅电极，如图1所示。该工作摒弃了传统OLED采用透明ITO为阳极而引发的弱微腔效应，通过引入具有高反射率的双金属电极形成法布里-泊罗微腔；结合时域有限差分法实现470 nm波长横电偏振波导模式的最大局域，如图2a-h。通过一维光栅的引入，有效将法布里-泊罗微腔与光栅微腔耦合形成对横电、横磁偏振波导模式的不同响应，实现了实现了强烈的470 nm波长TE光以及抑制的500 nm波长TM光正交偏振光出射，如图2i-o，确定了耦合腔的耦合理论。

图1. 电介质/金属纳米光栅结构的设计思路及具体制备工艺示意图。

图2. 平面OLED和波纹OLED的光学特性仿真模拟计算结果。

本工作实现了具有垂直发射的横电天蓝色偏振光出射，其兼具15.8 dB的偏振消光比、28 nm被抑制的半高全宽和±30°的小角度发射，同时实现了横磁绿色偏振光的出射；所提出的设计理念可扩展至具有高消光比和出色外量子效率的全色域线性偏振调制，为制造低成本、大面积、多偏振的多色发光LP-OLED提供了强大的平台，用于三维显示、增强现实/虚拟现实、高密度数据存储和光学加密。北京工业大学为该论文的唯一完成单位，物理与光电工程学院博士研究生陈瑞祥为第一作者，梁宁宁校聘教授与翟天瑞教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目资助。

图3. 平面OLED与波纹OLED的器件性能结果。

图4. 波纹OLED的空间模式显示及其发展现状。

图5. 偏振和色彩协同调控的彩色图像加密应用。

论文信息：

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