科学家攻克纳米级 OLED 难题，推出 300nm² 全球最小发光像素

德国维尔茨堡尤利乌斯-马克西米利安大学的物理学家团队近日取得重大技术突破，成功研制出迄今全球最小的发光像素。这一成果为未来智能眼镜、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等领域的超微型显示技术发展开辟新路径，相关研究成果已于当地时间10月22日发表在国际权威期刊《科学进展》上。

据了解，该研究团队由延斯・普夫劳姆（Jens Pflaum）和贝特・赫希特（Bert Hecht）教授联合领衔。团队创新运用“光学天线”技术，在仅300纳米×300纳米（约300nm²）的微小面积上，成功制造出可独立寻址的亚波长有机发光二极管（OLED）像素。实验数据显示，这款纳米级像素的外量子效率（EQE）达到1%，峰值亮度高达3000坎德拉每平方米（cd/m²），同时具备超越视频速率的快速响应能力，性能可与传统像素媲美。

“我们通过特殊的金属接触结构，实现了电流向OLED的有效注入，同时完成光的放大与发射，最终在极小面积内达成与传统像素相当的亮度水平。”赫希特教授解释道。从尺寸来看，1纳米相当于100万分之一毫米，这意味着若将该纳米像素应用于显示设备，1920×1080分辨率的显示画面理论上可压缩至仅1平方毫米的面积内。这一特性为显示组件的微型化提供了可能，未来有望将其嵌入智能眼镜镜腿等微小空间，通过图像投射至镜片，助力研发更轻量化的AR、VR设备。

OLED技术本身具备显著优势，其结构由多层超薄有机材料夹在两层电极之间构成。当电流通过时，电子与空穴结合并激发有机分子释放光子，由于每个像素可独立发光，无需额外背光源，不仅能呈现更深邃的黑色与更鲜艳的色彩，还拥有更高能效，这对依赖电池供电的便携式显示设备而言至关重要。

不过，将OLED像素进一步缩小至纳米级别，曾长期面临物理难题。普夫劳姆教授指出，传统OLED结构直接缩小后，会出现类似“避雷针缩小”的问题——电流会集中在天线角落，导致电场分布不均。此次研究中使用的金质天线为长方体结构，边长约300×300×50纳米，而不均匀的电场会促使金原子迁移并渗入发光层，形成名为“细丝”（filaments）的微结构，最终引发短路，导致像素损坏。

为解决这一关键问题，研究团队进行了结构创新，在新设计中引入一层专门研发的绝缘层，仅在天线中央保留直径200纳米的圆形开口。这一设计能有效阻断边缘和角落的电流注入，确保电流均匀分布，从而实现纳米发光二极管的稳定、持久运行。“在这一优化结构下，我们研制的首批纳米像素在常温环境中已能稳定工作长达两周。”赫希特教授介绍说。

当前，这款纳米像素的光电转换效率约为1%，团队已明确下一步研究方向：继续提升像素效率，并拓展至红、绿、蓝（RGB）全色域。赫希特教授表示，一旦这些改进目标达成，“‘维尔茨堡制造’的新一代超微型显示技术将很快从实验室走向实际应用”。

从应用前景来看，这项技术有望推动显示设备向“极致微型化”“隐形嵌入”方向发展。未来，超微型显示器和投影仪可能被几乎无痕迹地融入各类可穿戴设备，除智能眼镜镜架外，甚至有望应用于隐形眼镜等更精密的载体，为可穿戴电子设备的创新发展注入新动能。