OLED屏幕效能提升：实现蓝色磷光有机发光二极管的长寿之路

"这将蓝色发光体带入了绿色寿命的领域，"彼得·A·弗兰肯杰出大学电子工程教授、该研究在《自然·光子学》上的通讯作者斯蒂芬·福里斯特表示。

"我不能说问题已完全解决——当然，在它进入你的显示器之前都不算解决——但我认为我们已经展示了一条通往真正解决方案的道路，而这个方案在过去二十年里一直未被研究界发现。"

OLED屏幕是旗舰智能手机和高端电视的标准配置，可提供高对比度和高能效，因为亮度变化是由发光体本身实现，而非顶部的液晶层。然而，并非所有OLED都同样节能。

在目前的显示器中，红色和绿色OLED通过高效的磷光路径产生光，而蓝色OLED仍使用荧光。这意味着虽然红色和绿色OLED理论上每个流经器件的电子最多可产生一个光子，但蓝色OLED的效率上限则低得多。

问题在于蓝光是RGB器件必须产生的最高能量：蓝色磷光OLED（PHOLED）中的分子需要处理比红色和绿色对应物更高的能量。大部分能量以蓝光形式释放，但当能量被困住时，反而会分解产生颜色的分子。

此前，福里斯特的团队发现，通过在负电极上添加一层涂层帮助能量转化为蓝光，可以更快地释放被困能量。物理学博士毕业生赵浩南称这就像开辟了一条快车道。

"在车道不足的道路上，急躁的司机会相互碰撞，阻断所有交通——就像两个激子相撞产生大量破坏分子的高热能量一样，"该研究及新研究的第一作者赵浩南说。"等离子激子极化激元是我们为激子设计的光学快车道。"

细节基于量子力学。当电子通过负电极进入时，会在某个产生蓝光的分子中形成所谓的激发态。该态是一个带负电的电子跃迁到更高能级，以及电子留下的带正电的"空穴"——它们共同构成一个激子。

理想情况下，电子会迅速跳回原始状态并发射一个蓝色光子，但使用磷光路径的激子往往会滞留。简单地弛豫回原始状态会违反量子力学定律。然而，靠近电极的激子产生光子更快，因为闪亮的表面支持另一种量子准粒子——表面等离子体。这就像金属表面电子池中的涟漪。

如果发光材料中的激子足够靠近电极，它在转化为蓝光时会得到一点帮助，因为它可以将能量倾倒入表面等离子体——这种现象称为珀塞尔效应。激子能这样做是因为它有点像广播天线一样振荡，从而在电极电子中产生波动。但这并非自动有益，因为并非所有表面等离子体都产生光子。为了获得光子，激子必须附着在表面等离子体上，形成等离子激子极化激元。

福里斯特的团队通过在闪亮电极上添加一层薄薄的碳基半导体来促进这一路径，该层促使激子以正确方式传递能量并共振。它还将效应更深地延伸到发光材料中，使远离电极的激子也能受益。

团队去年报告了这一点，此后他们一直将此效应与其他方法结合，最终制造出寿命与绿色OLED一样长、亮度与绿色OLED一样高的蓝色PHOLED。以下是设计的亮点：

• 两个发光层（串联式OLED）：将每层发光负担减半，降低两个激子合并的概率。

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  添加一层帮助激子与两个电极附近的表面等离子体共振，使两个发光层都能使用快车道

• 整个结构是一个光学谐振腔，蓝光在两个镜面电极之间共振。这将光子颜色推向更深的蓝色范围。

本研究部分得到了美国能源部和环球显示公司的支持。

密歇根大学物理学博士生克莱尔·阿内森也参与了此项研究。

该器件在卢里纳米加工设施制造，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办公室协助下为该技术申请了专利，并已授权给环球显示公司。福里斯特和密歇根大学在环球显示公司拥有经济利益。

福里斯特同时是保罗·G·戈贝尔工程学教授，并担任电子计算机工程、材料科学与工程、物理学和应用物理学教授。