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由于內(nèi)在材料的挑戰(zhàn)，目前商用藍色OLED的發(fā)光效率和壽命長期落后于紅色和綠色同類產(chǎn)品。在現(xiàn)有商業(yè)化OLED產(chǎn)品中，綠色和紅色OLED使用磷光發(fā)光材料（理論上可將每個電子轉(zhuǎn)化為一個光子），不過藍色OLED則傳統(tǒng)上依賴更為傳統(tǒng)的熒光發(fā)光材料，其發(fā)光效率要顯著低于紅色和綠色磷光發(fā)光材料。據(jù)了解，這種差異主要是因為藍光光子攜帶更高的能量，對有機分子的應(yīng)力更強。OLED面板內(nèi)能量的寄生捕獲會導(dǎo)致分子降解，從而縮短器件壽命—— 這一難題已持續(xù)困擾業(yè)界二十余年。

獲得上述突破的密歇根大學(xué)研究團隊由斯蒂芬?福里斯特（Stephen Forrest）領(lǐng)導(dǎo)，他們正是通過利用量子力學(xué)現(xiàn)象，在激發(fā)態(tài)粒子（激子）發(fā)生破壞性相互作用之前，加速其向藍光光子的轉(zhuǎn)化，來解決了這一問題的。其實施方法的核心是對OLED器件架構(gòu)進行策略性設(shè)計，創(chuàng)建他們所稱的“激子快速通道”—— 這一概念利用了激子與表面等離激元（金屬電極上的集體電子振蕩）之間的耦合作用，該作用會形成一種名為“等離激元 - 激子極化激元”的混合準粒子，進而通過珀塞爾效應(yīng)促進快速高效的光子發(fā)射。

在傳統(tǒng)的OLED器件中，當(dāng)電流注入電子和空穴時，二者會形成激子，然后激子必須通過輻射衰變才能發(fā)光。不過，對于藍色磷光材料，由于量子力學(xué)選擇定則的限制，這種衰變過程較為緩慢，這就增加了激子湮滅和分子在發(fā)光前分解的可能性。現(xiàn)在，密歇根大學(xué)研究人員的新設(shè)計在OLED器件的負電極上引入一層非常薄的碳基半導(dǎo)體層，該功能層會增強激子與表面等離激元的相互作用，進而加速發(fā)光過程并減少有害的激子碰撞湮滅。

這一增強效果通過將激子定位在離電極表面足夠近的位置實現(xiàn)，因為此處與等離激元相關(guān)的電磁場最強。上述負電極表面很薄的碳層不僅能夠促進這種耦合，還會將珀塞爾效應(yīng)延伸至發(fā)光材料的更深層，確保即使遠離電極的激子也能受益。這種巧妙設(shè)計實際上在將電極表面轉(zhuǎn)化為了一面“鏡子”的同時，也將其用作光發(fā)射的量子加速器。

除了等離激元增強技術(shù)，研究人員還采用了一種由兩個堆疊發(fā)光層組成的串聯(lián)OLED結(jié)構(gòu)。這種串聯(lián)排列可以很好地分擔(dān)電致發(fā)光的負載，讓每層的激子密度減半，這樣就可以進一步降低激子 - 激子湮滅的概率（這種湮滅通常會隨著時間推移破壞分子完整性）。實際上，整個OLED器件作為一個帶有反射電極的光學(xué)腔，可微調(diào)發(fā)射光譜，將所發(fā)射的光推向深藍色波長區(qū)域。

結(jié)合等離激元激子快速通道、串聯(lián)發(fā)光層和光腔誘導(dǎo)光譜調(diào)諧等創(chuàng)新措施，該研究團隊成功開發(fā)出了一款兼具超高亮度和顯著工作穩(wěn)定性的藍色PHOLED。據(jù)介紹，這款新的藍色PHOLED展示的耐用性與當(dāng)前作為商業(yè)可行性基準的綠色PHOLED高度一致。可以看出，這一突破不僅有望通過實現(xiàn)全磷光、紅綠藍發(fā)光像素來提升現(xiàn)有OLED顯示器的能效，還為未來開發(fā)顏色更鮮艷、壽命更持久的OLED屏幕奠定了基礎(chǔ)。

隨著顯示制造商尋求色彩純度、亮度、能耗和器件壽命之間的平衡，此類進展至關(guān)重要。藍色像素歷來是OLED屏幕的“阿喀琉斯之踵”，它限制了OLED器件整體性能，并會在工作中顯著加劇屏幕老化過程。通過上述方案克服這些限制，密歇根大學(xué)團隊顯然為更低能耗、色更高顏色純度和更優(yōu)耐用性的OLED顯示器的開發(fā)開辟了一條新的路徑。

據(jù)介紹，該團隊的研究同時得到美國能源部和環(huán)球顯示公司（Universal Display Corporation）的支持，他們利用了盧里納米制造設(shè)施（Lurie Nanofabrication Facility）和密歇根材料表征中心（Michigan Center for Materials Characterization）等先進設(shè)施以完成研究。這些機構(gòu)提供了精密制造和診斷工具，它們對于探索和優(yōu)化OLED堆疊層內(nèi)電子與光子過程的復(fù)雜相互作用至關(guān)重要。

這項研究建立在該團隊先前研究的基礎(chǔ)上 —— 他們首次展示了通過電極涂層激活珀塞爾效應(yīng)以促進激子 - 等離激元耦合的概念。如今，通過整合多種互補技術(shù)并優(yōu)化器件架構(gòu)，他們有效破解了藍色PHOLED穩(wěn)定性這一長期難題，這是科學(xué)界和工業(yè)界二十多年來共同追求的目標(biāo)。

除了科學(xué)價值，這一創(chuàng)新已邁向商業(yè)化。密歇根大學(xué)團隊已為其研究成果申請了保護專利，并將這些專利技術(shù)授權(quán)給了OLED材料與技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)環(huán)球顯示公司。這一合作能夠確保該突破性成果在未來轉(zhuǎn)化為下一代OLED顯示器，這有可能會在全球范圍內(nèi)影響所有搭載OLED面板的消費電子產(chǎn)品。

斯蒂芬?福里斯特教授（同時在電氣工程、材料科學(xué)、物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)等多個系任職）特別強調(diào)了這一進展的重要性。盡管他承認仍需進行進一步測試并將其集成到商用OLED產(chǎn)品中，但他樂觀地表示，這一突破明確為業(yè)界開辟了一條可行路徑，它能夠擺脫歷史上制約藍色PHOLED發(fā)展的諸多挑戰(zhàn)。

從本質(zhì)上講，這一突破體現(xiàn)了量子光學(xué)、材料科學(xué)和電氣工程的精妙結(jié)合。通過精細調(diào)控 OLED器件內(nèi)納米級的量子相互作用，密歇根大學(xué)團隊推動了顯示技術(shù)前沿的發(fā)展，它預(yù)示著一個能效高、色彩鮮艷且耐用的OLED屏幕新時代的到來，這可能會重新定義電子媒體的視覺體驗。