德國維爾茨堡尤利烏斯-馬克西米利安大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)近日取得重大技術(shù)突破，成功研制出迄今全球最小的發(fā)光像素。這一成果為未來智能眼鏡、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等領(lǐng)域的超微型顯示技術(shù)發(fā)展開辟新路徑，相關(guān)研究成果已于當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月22日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)由延斯?普夫勞姆（Jens Pflaum）和貝特?赫希特（Bert Hecht）教授聯(lián)合領(lǐng)銜。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新運(yùn)用“光學(xué)天線”技術(shù)，在僅300納米×300納米（約300nm2）的微小面積上，成功制造出可獨(dú)立尋址的亞波長有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）像素。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，這款納米級像素的外量子效率（EQE）達(dá)到1%，峰值亮度高達(dá)3000坎德拉每平方米（cd/m2），同時(shí)具備超越視頻速率的快速響應(yīng)能力，性能可與傳統(tǒng)像素媲美。

“我們通過特殊的金屬接觸結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電流向OLED的有效注入，同時(shí)完成光的放大與發(fā)射，最終在極小面積內(nèi)達(dá)成與傳統(tǒng)像素相當(dāng)?shù)牧炼人?。”赫希特教授解釋道。從尺寸來看?納米相當(dāng)于100萬分之一毫米，這意味著若將該納米像素應(yīng)用于顯示設(shè)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(nèi)。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(fā)更輕量化的AR、VR設(shè)備。

OLED技術(shù)本身具備顯著優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)由多層超薄有機(jī)材料夾在兩層電極之間構(gòu)成。當(dāng)電流通過時(shí)，電子與空穴結(jié)合并激發(fā)有機(jī)分子釋放光子，由于每個(gè)像素可獨(dú)立發(fā)光，無需額外背光源，不僅能呈現(xiàn)更深邃的黑色與更鮮艷的色彩，還擁有更高能效，這對依賴電池供電的便攜式顯示設(shè)備而言至關(guān)重要。

不過，將OLED像素進(jìn)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(tǒng)OLED結(jié)構(gòu)直接縮小后，會(huì)出現(xiàn)類似“避雷針縮小”的問題——電流會(huì)集中在天線角落，導(dǎo)致電場分布不均。此次研究中使用的金質(zhì)天線為長方體結(jié)構(gòu)，邊長約300×300×50納米，而不均勻的電場會(huì)促使金原子遷移并滲入發(fā)光層，形成名為“細(xì)絲”（filaments）的微結(jié)構(gòu)，最終引發(fā)短路，導(dǎo)致像素?fù)p壞。

為解決這一關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在新設(shè)計(jì)中引入一層專門研發(fā)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(shè)計(jì)能有效阻斷邊緣和角落的電流注入，確保電流均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)納米發(fā)光二極管的穩(wěn)定、持久運(yùn)行。“在這一優(yōu)化結(jié)構(gòu)下，我們研制的首批納米像素在常溫環(huán)境中已能穩(wěn)定工作長達(dá)兩周。”赫希特教授介紹說。

當(dāng)前，這款納米像素的光電轉(zhuǎn)換效率約為1%，團(tuán)隊(duì)已明確下一步研究方向：繼續(xù)提升像素效率，并拓展至紅、綠、藍(lán)（RGB）全色域。赫希特教授表示，一旦這些改進(jìn)目標(biāo)達(dá)成，“‘維爾茨堡制造’的新一代超微型顯示技術(shù)將很快從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用”。

從應(yīng)用前景來看，這項(xiàng)技術(shù)有望推動(dòng)顯示設(shè)備向“極致微型化”“隱形嵌入”方向發(fā)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(shè)備，除智能眼鏡鏡架外，甚至有望應(yīng)用于隱形眼鏡等更精密的載體，為可穿戴電子設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展注入新動(dòng)能。