新型OLED可实现小巧轻便的夜视镜

密歇根大学的研究人员开发出一种新型有机发光二极管（OLED），可以用轻便的眼镜取代笨重的夜视镜，使其更便宜、更实用，适合长时间使用。

他们的研究成果发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志上。

有机发光二极管中的记忆效应还能使计算机视觉系统同时感知和解释传入的光信号和图像。

目前的夜视系统依赖于图像增强器，它能将接收到的近红外光转换成电子，然后通过真空加速进入包含数百个微小通道的薄盘。当电子穿过通道并与通道壁碰撞时，会释放出数千个额外的电子，然后撞击荧光屏，将其转换成可见光。在此过程中，入射光被放大了 10,000 倍，使佩戴者在夜间也能看清东西。

新开发的 OLED 设备还能将近红外光转换为可见光，并将其放大 100 多倍，但没有传统图像增强器所需的重量、高压和笨重的真空层。研究人员表示，通过优化该装置的设计，可以实现更高的放大率。

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马萨诸塞大学电气与计算机工程和物理学教授、该研究的通讯作者 Chris Giebink 说：“这种新方法最吸引人的特点之一是，它能在厚度不到一微米的薄膜堆中放大光线。这比头发丝要细得多，头发丝的厚度约为50微米。”

由于该设备的工作电压比传统的图像增强器低得多，因此可以大大降低能耗，从而延长电池寿命。

该设备的工作原理是将光子吸收层和五层有机发光二极管堆叠在一起，前者将红外光转换成电子，后者将电子转换成可见光光子。理想情况下，每个电子通过 OLED 叠层时都会产生五个光子。

其中一些光子被发射到用户的眼睛中，但另一些则被光子吸收层重新吸收，产生更多的电子，这些电子在正反馈循环中通过 OLED。这种链式反应大大提高了一定量输入光产生的输出光量。

以前的有机发光二极管能够将近红外光转换为可见光，但没有增益，即一个输入光子产生一个输出光子。

麻省理工大学电子与计算机工程博士后研究员、该研究的第一作者Raju Lampande说：“这标志着首次在薄膜设备中展示了高光子增益。”

该设备还表现出一种记忆行为，可应用于计算机视觉领域。它在特定时刻的光输出取决于过去输入光照的强度和持续时间，这被称为滞后。

Giebink说：“通常，当你照亮上转换有机发光二极管时，它开始输出光，当你关闭照明时，它停止输出光。这种设备可以长时间保持发光并记住一些东西，这很不寻常。”

虽然这种记忆行为给夜视应用带来了一些挑战，但它可能为图像处理创造了一个机会，这种图像处理的工作原理更类似于人类的视觉系统--生物神经元根据输入信号的时间和强度传递或不传递信号。这些有机发光二极管能够记住过去的输入信号，因此是神经元连接类型的理想候选者，这种神经元连接能够对输入图像进行解释和分类，而无需在单独的计算单元中处理数据。

研究人员使用现成的材料和方法制造了这种设备，这些材料和方法已经广泛应用于有机发光二极管的制造，这将提高该技术未来应用的成本效益和可扩展性。

相关链接：https://phys.org/news/2024-09-newly-oled-enable-compact-lightweight.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-024-01520-0