OLED屏幕效率升级：提升蓝色PHOLED寿命的新路径

"这将蓝光寿命带入了绿光寿命的范畴，"电气工程学Peter A. Franken杰出大学教授、该研究在《自然-光子学》上的通讯作者Stephen Forrest表示。

"我不能说问题已完全解决——在它进入显示器之前当然不算解决——但我认为我们已经找到了一条被学界回避了二十年的真正解决路径。"

OLED显示屏是旗舰智能手机和高端电视的标准配置，由于亮度变化由发光体而非顶层的液晶层实现，因此能提供高对比度和高能效。然而，并非所有OLED都具有同样的能源效率。

在当前显示技术中，红光和绿光OLED通过高效的磷光路径发光，而蓝光OLED仍使用荧光技术。这意味着红光和绿光OLED的理论极限是器件内每通过一个电子产生一个光子，而蓝光OLED的上限效率则低得多。

问题在于蓝光是RGB器件必须产生的最高能量光：蓝色磷光OLED（PHOLED）中的分子需要比红光和绿光分子处理更高的能量。大部分能量以蓝光形式释放，但当能量受困时，反而会分解产生色彩的分子。

此前，Forrest团队发现通过在负电极上添加涂层可加速释放被困能量，促使其转化为蓝光。物理学博士毕业生Haonan Zhao称这如同创建了一条快车道。

"在车道不够的道路上，急躁的司机会相互碰撞导致交通中断——就像两个激子相撞产生大量破坏分子的热能，"该研究及新论文的第一作者Zhao解释道，"等离激元激子极化激元就是我们设计的激子快车道。"

其原理基于量子力学：当电子通过负电极进入时，会在某个蓝色发光分子中形成激发态。该状态包含跃迁到高能级的带负电电子，及其留下的带正电"空穴"——两者共同构成激子。

理想情况下，电子会迅速跳回原始状态并发射蓝色光子，但采用磷光路径的激子往往滞留原地。简单地弛豫回原始状态会违反量子力学法则。然而，紧邻电极的激子能更快产生光子，因为反光表面支撑着另一种量子准粒子——表面等离激元，这如同金属表面电子池中的涟漪。

若发光材料中的激子足够靠近电极，其转化为蓝光的过程会获得助力，可将能量注入表面等离激元——即珀塞尔效应。这是因为激子如同广播天线般振荡，在电极电子中产生波动。但并非所有表面等离激元都会产生光子：要获得光子，激子必须附着于表面等离激元形成等离激元激子极化激元。

Forrest团队通过在反光电极上添加碳基半导体薄层来促成此路径，促使激子以正确方式传递能量并共振。该设计还将效应延伸至发光材料更深处，使远离电极的激子也能受益。

团队去年报道了这一成果，此后将该效应与其他方法结合，最终研制出寿命与亮度均可媲美绿光器件的蓝色PHOLED。设计亮点包括：

• 双发光层（串联式OLED）：将各层发光负荷减半，降低激子合并概率

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  增设促进激子与双电极附近表面等离激元共振的夹层，使两个发光层均可接入快车道

• 整体构成光学谐振腔：蓝光在类镜面电极间共振，将光子颜色推向更深的蓝色光谱

本研究部分获得美国能源部及Universal Display Corporation支持。

密歇根大学物理学博士生Claire Arneson亦参与此项研究。

器件在卢瑞纳米加工中心制造，并在密歇根材料表征中心进行研究。

团队在密歇根大学创新合作计划协助下已申请专利，并授权给Universal Display Corp。Forrest教授及密歇根大学持有Universal Display Corp财务权益。

Forrest教授同时担任Paul G. Goebel工程学教授席位，并兼任电气计算机工程、材料科学与工程、物理学及应用物理学教授。