可拉伸的OLED屏幕迈出重要一步

这项近期发表在《自然》杂志上的研究介绍了一种重新设计的OLED，它将柔性磷光聚合物层与MXene纳米材料制成的透明电极相结合。这种方法能让显示器拉伸至原长的1.6倍，同时保留大部分亮度。德雷塞尔大学工程学院杰出教授Yury Gogotsi博士表示：“该研究解决了柔性OLED技术中一个长期存在的挑战，即反复机械弯曲后的发光耐久性。尽管柔性发光二极管的发展已取得重大进展，但过去十年由于透明导体层的限制，其拉伸性受阻，进展陷入停滞。”

OLED为何弯曲时性能下降？OLED通过电致发光过程产生光。当电流通过设备时，正负电荷在电极间移动并穿过有机聚合物层。这些电荷相遇时会释放光，并在稳定为电状态前形成一种叫激子的粒子。调整有机层的化学成分就能决定发光颜色。

柔性OLED是将这些层沉积在可弯曲塑料基板上制成的，因此能在折叠、弯曲或滚动时正常工作。该技术于20世纪90年代首次研发，2010年代三星将柔性显示屏用于防碎设备和曲面手机后开始广泛普及。但随着时间推移，人们发现反复弯曲会导致电极和有机材料逐渐受损，使OLED的亮度和柔韧性下降。

东北大学博士后研究员、该研究共同作者Danzhen Zhang博士（曾在Gogotsi实验室攻读博士时从事透明导电MXene薄膜早期研究）指出：“让导电材料具备柔韧性通常需要加入绝缘但可拉伸的聚合物，这会阻碍电荷传输，进而降低发光。此外，电极常用材料在OLED反复弯曲拉伸后会变脆，更容易断裂。而MXene接触式可拉伸电极具有高机械强度和可调功函数，能确保高效的空穴或电子注入，从而解决了这一问题。”

新的发光层为克服这些挑战，研究人员重新设计了OLED的发光部分。他们的方案是使用一种特殊有机层，能提高电荷结合形成激子的频率，从而增强光输出。这种被称为激基复合物辅助磷光（ExciPh）的层本身具有可拉伸性，且经过设计能调节移动电荷的能级。它让电荷更容易相遇形成激子，从而提高光产生量，这就好比减慢旋转设施的速度，让更多人能安全上去。ExciPh层中超过57%的激子能转化为光，而如今OLED中常用的聚合物发光层转化率仅为12%-22%。为进一步提高柔韧性，团队在ExciPh层中加入了热塑性聚氨酯弹性体基质，同时通过重新设计电极来改善电荷在设备中的传输。

MXene电极提升耐用性和亮度。新电极将MXene（德雷塞尔大学研究人员2011年研发的高导电二维纳米材料）与银纳米线结合，形成导电网络，帮助电荷更高效地到达发光聚合物层并形成激子。这种结构改善了电荷注入，使OLED在弯曲和拉伸时仍能保持亮度。Gogotsi表示：“MXene因其优异的导电性和层状结构，成为柔性OLED的理想电极材料。我们已在多种应用中展示了柔性透明MXene电极的性能，因此将其用于改进OLED技术是我们研究的自然一步。”

反复应变下的OLED测试。借助这些改进，研究人员制作出柔性绿色OLED显示器，包括心形和数字显示两种。他们测量了电荷-激子转换率（衡量OLED高效发光能力的指标）以及反复拉伸时的性能。为展示更广泛的应用潜力，首尔国立大学的研究人员还利用ExciPh层中的四种掺杂材料构建了全彩、全可拉伸OLED显示器，并制作了适合可穿戴电子设备的低功耗全可拉伸无源矩阵OLED。与以往设计相比，新OLED亮度更高、能效更好。当拉伸至最大应变的60%时，性能仅下降10.6%；在2%应变下反复拉伸100次后，显示器仍保留83%的光输出，耐用性显著提升。

迈向可穿戴和可变形显示器。共同作者、Gogotsi实验室前博士后Teng Zhang博士说：“我们预计这种设计柔性、高效光电器件的方法将促成下一代可穿戴和可变形显示器。该技术将在实时健康监测和可穿戴通信技术中发挥重要作用。”未来的工作可能包括测试替代柔性基板、微调有机层以产生不同颜色和亮度，以及简化制造工艺以支持可拉伸OLED设备的大规模生产。