科學家攻克納米級 OLED 難題，推出 300nm² 全球最小發光像素

德國維爾茨堡尤利烏斯-馬克西米利安大學的物理學家團隊近日取得重大技術突破，成功研製出迄今全球最小的發光像素。這一成果為未來智能眼鏡、增強現實（AR）、虛擬現實（VR）等領域的超微型顯示技術發展開闢新路徑，相關研究成果已於當地時間10月22日發表在國際權威期刊《科學進展》上。

據瞭解，該研究團隊由延斯・普夫勞姆（Jens Pflaum）和貝特・赫希特（Bert Hecht）教授聯合領銜。團隊創新運用“光學天線”技術，在僅300納米×300納米（約300nm²）的微小面積上，成功製造出可獨立尋址的亞波長有機發光二極管（OLED）像素。實驗數據顯示，這款納米級像素的外量子效率（EQE）達到1%，峯值亮度高達3000坎德拉每平方米（cd/m²），同時具備超越視頻速率的快速響應能力，性能可與傳統像素媲美。

“我們通過特殊的金屬接觸結構，實現了電流向OLED的有效注入，同時完成光的放大與發射，最終在極小面積內達成與傳統像素相當的亮度水平。”赫希特教授解釋道。從尺寸來看，1納米相當於100萬分之一毫米，這意味着若將該納米像素應用於顯示設備，1920×1080分辨率的顯示畫面理論上可壓縮至僅1平方毫米的面積內。這一特性為顯示組件的微型化提供了可能，未來有望將其嵌入智能眼鏡鏡腿等微小空間，通過圖像投射至鏡片，助力研發更輕量化的AR、VR設備。

OLED技術本身具備顯著優勢，其結構由多層超薄有機材料夾在兩層電極之間構成。當電流通過時，電子與空穴結合並激發有機分子釋放光子，由於每個像素可獨立發光，無需額外背光源，不僅能呈現更深邃的黑色與更鮮豔的色彩，還擁有更高能效，這對依賴電池供電的便攜式顯示設備而言至關重要。

不過，將OLED像素進一步縮小至納米級別，曾長期面臨物理難題。普夫勞姆教授指出，傳統OLED結構直接縮小後，會出現類似“避雷針縮小”的問題——電流會集中在天線角落，導致電場分佈不均。此次研究中使用的金質天線為長方體結構，邊長約300×300×50納米，而不均勻的電場會促使金原子遷移並滲入發光層，形成名為“細絲”（filaments）的微結構，最終引發短路，導致像素損壞。

為解決這一關鍵問題，研究團隊進行了結構創新，在新設計中引入一層專門研發的絕緣層，僅在天線中央保留直徑200納米的圓形開口。這一設計能有效阻斷邊緣和角落的電流注入，確保電流均勻分佈，從而實現納米發光二極管的穩定、持久運行。“在這一優化結構下，我們研製的首批納米像素在常温環境中已能穩定工作長達兩週。”赫希特教授介紹説。

當前，這款納米像素的光電轉換效率約為1%，團隊已明確下一步研究方向：繼續提升像素效率，並拓展至紅、綠、藍（RGB）全色域。赫希特教授表示，一旦這些改進目標達成，“‘維爾茨堡製造’的新一代超微型顯示技術將很快從實驗室走向實際應用”。

從應用前景來看，這項技術有望推動顯示設備向“極致微型化”“隱形嵌入”方向發展。未來，超微型顯示器和投影儀可能被幾乎無痕跡地融入各類可穿戴設備，除智能眼鏡鏡架外，甚至有望應用於隱形眼鏡等更精密的載體，為可穿戴電子設備的創新發展注入新動能。