OLED屏幕能效升级：实现蓝色磷光有机发光二极管(PHOLED)寿命延长

彼得·A·弗兰肯杰出大学教授、电气工程专家、该研究通讯作者斯蒂芬·福里斯特（Stephen Forrest）在《自然·光子学》期刊上表示："这项突破将蓝光器件推进至绿色寿命范畴。"

"虽然不能说问题已彻底解决——真正的解决必然要体现在显示屏产品中——但我们为困扰学界二十年的难题指明了切实可行的技术路径。"

OLED屏幕已成为旗舰智能手机和高端电视的标准配置，其高对比度与高能效源于发光体自身调节亮度，无需依赖顶层的液晶层。然而，不同OLED器件的能效存在显著差异。

当前显示屏中，红绿OLED通过高效磷光机制发光，而蓝光OLED仍采用荧光技术。这意味着红绿OLED理论上可实现每个电子生成一个光子的极限效率，而蓝光OLED的效率上限则远低于此。

核心挑战在于蓝光是RGB器件必须产生的最高能量光：蓝色磷光OLED（PHOLED）中的分子需承载比红绿材料更高的能量。当能量无法以蓝光形式释放时，将导致发色分子结构分解。

此前福里斯特团队发现，通过在负极覆盖特殊涂层加速能量转化为蓝光，可有效解决能量滞留问题。物理学博士毕业生赵浩楠（Haonan Zhao）将此比喻为开辟快速通道。

作为两项研究的第一作者，赵浩楠阐释道："如同车道不足时急躁司机相撞引发交通瘫痪，两个激子碰撞会产生毁灭分子的高能热效应。我们设计的等离子体激子极化激元正是激子的专属快车道。"

其量子力学原理在于：电子经负极注入时，在蓝光发光分子中形成激发态——电子跃迁至高能级留下带正电"空穴"，两者结合构成激子。

理想状态下电子应迅速回落基态释放蓝光光子，但磷光激子往往滞留时间过长。直接弛豫违反量子力学法则，而邻近电极的激子因金属表面支持表面等离子体（金属电子海中的涟漪状准粒子）能更快发光。

当发光材料中的激子足够靠近电极时，可通过珀塞尔效应将能量转移至表面等离子体。激子如同振荡天线在电极电子层引发波动，但并非所有等离子体都能生成光子。激子必须与表面等离子体结合形成等离子体激子极化激元才能实现光转化。

研究团队在光亮电极上沉积碳基半导体薄层，引导激子以特定方式共振传递能量，并将效应延伸至远离电极的发光材料区域。继去年报道该成果后，团队整合多项技术最终研发出寿命与亮度媲美绿光器件的蓝光PHOLED：

• 双发光层结构（串联OLED）：分担发光负荷使每层激子密度减半，降低激子碰撞概率

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  增置共振层：促使双电极附近的表面等离子体与激子协同共振，确保两个发光层均可利用快车道机制

• 全结构光学谐振腔：蓝光在类镜面电极间共振，将光子波长精准锁定于深蓝光谱

本研究获得美国能源部与环球显示公司（Universal Display Corporation）联合资助。

密歇根大学物理学博士生克莱尔·阿内森（Claire Arneson）共同参与研究。

器件制备于卢里纳米加工中心（Lurie Nanofabrication Facility），表征分析在密歇根材料表征中心（Michigan Center for Materials Characterization）完成。

该技术已通过密歇根大学创新合作中心（U-M Innovation Partnerships）申请专利，并授权予环球显示公司。福里斯特教授及密歇根大学持有该公司财务权益。

福里斯特教授同时担任保罗·G·戈贝尔工程讲席教授，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。