美国密歇根大学的研究人员近期在蓝光磷光有机发光二极管（PHOLED）领域取得重大突破，成功开发出寿命可与目前广泛应用的绿光磷光OLED相媲美的蓝色发光器件。这一成果发表于《自然·光子学》杂志，为提升 OLED 屏幕整体能效开辟了新路径。
这项研究由该校电子工程杰出教授Stephen Forrest领导完成。他表示：“如今蓝光器件的寿命已达到绿光水平，这意味着我们终于有望实现更高效、更节能的OLED显示屏。”他同时指出，“虽然这个问题尚未完全解决——直到它真正进入商业产品之前还不能这么说——但我们已经找到了一条切实可行的技术路径，这是过去二十年来业界一直未能实现的突破。”
OLED（有机发光二极管）技术因其高对比度、广色域和低功耗等优势，已经成为高端智能手机和旗舰电视屏幕的标准配置。然而，不同颜色的OLED在能效表现上存在显著差异。目前商用的红色和绿色OLED采用的是高效的磷光发光机制，其理论最大效率接近100%，即每个电子可以产生一个光子。而蓝色OLED由于材料限制，仍主要依赖荧光机制，导致其理论能效上限远低于红绿器件。
蓝色OLED面临的核心挑战在于其发光所需的能量更高。在RGB三原色中，蓝光波长最短、能量最高，因此对发光材料的要求更为严苛。传统的蓝光磷光OLED（PHOLED）在工作过程中容易积累大量能量，这些能量若未及时释放，会加速材料老化，降低器件寿命。
图：OLED 屏幕效能升级：蓝色 PHOLED 寿命突破之路
此前，Forrest团队曾提出一种通过在负极表面添加碳基半导体涂层的方式，加速能量释放并提高发光效率。该方法相当于为激子构建了一条“快速通道”，从而减少因激子堆积而导致的能量损失和材料破坏。博士毕业生Haonan Zhao形象地比喻说：“就像高速公路上车道不足时，司机容易发生碰撞造成交通瘫痪一样，两个激子相互碰撞会产生高热能，进而破坏分子结构。我们设计的‘激子快车道’正是为了规避这一问题。”
从量子物理角度来看，当电子从阴极注入并与空穴结合形成激子后，需要迅速跃迁回基态以发射蓝光。然而，在传统结构中，磷光激子寿命较长，容易引发非辐射复合过程。通过引入金属电极附近的表面等离子体，可以增强激子向光子转化的速率，这就是所谓的“Purcell效应”。但并非所有等离子体都能有效转化为光子，只有当激子与等离子体耦合形成“等离子体-激子-极化子”时，才能实现高效发光。
在此基础上，研究团队进一步优化了器件结构，采用了双发光层串联设计，并在两极附近分别引入辅助共振层，使两个发光层均能受益于“激子快车道”。整个结构构成了一个光学谐振腔，有助于蓝光在两个镜面电极之间共振，从而提升发光效率并稳定蓝光波长。
此外，该研究还获得了美国能源部及全球知名OLED材料企业Universal Display Corporation（UDC）的支持。设备制造和测试分别在密歇根大学Lurie纳米加工实验室和材料表征中心完成。
参与本项研究的还有密歇根大学物理系博士生Claire Arneson。Forrest教授同时也是Paul G. Goebel工程讲席教授，担任电气与计算机工程、材料科学与工程、物理学以及应用物理等多个学科的教授。
此次蓝光PHOLED寿命问题的重大突破，不仅提升了OLED整体的能效潜力，也为未来显示技术的发展提供了新的方向。随着该技术逐步走向产业化，消费者将有望使用到更加节能、色彩更真实、寿命更长的下一代OLED显示屏。
