近日，日本千葉大學研究生院的宮前孝行教授與鏑城龍也博士科研團隊，成功開發(fā)出一項革命性技術 —— 可在電壓驅動狀態(tài)下，精準檢測 OLED 等有機電致發(fā)光器件內部電位分布的全新測量方法。此項技術猶如為器件內部裝上 “透視眼”，通過對不同結構器件的檢測，能深入獲取超薄有機層的狀態(tài)信息，進而通過優(yōu)化內部電位狀態(tài)，顯著提升器件的發(fā)光效率與使用壽命。該研究成果已于 2025 年 3 月 10 日在英國學術期刊《Journal of Materials Chemistry C》上發(fā)表，為有機電致發(fā)光器件領域的材料開發(fā)與性能優(yōu)化開辟了全新路徑。
研究背景：OLED 器件性能提升的核心挑戰(zhàn)
作為主流顯示技術之一，OLED 憑借其超薄特性廣泛應用于高端電視、智能手機等智能終端的顯示面板。這類器件通常采用包含電子和空穴傳輸層、阻擋層及發(fā)光層的多層結構，各功能層協(xié)同作用，旨在將電荷高效傳輸至發(fā)光層以實現(xiàn)電致發(fā)光。然而，這些功能層厚度僅數(shù)百納米，使得器件在柔性顯示領域極具優(yōu)勢的同時，也帶來了電荷行為監(jiān)測的難題。要實現(xiàn)器件的高功能化與節(jié)能化，關鍵在于確保電荷有效注入并在發(fā)光層復合，而長期以來，業(yè)界缺乏非破壞性手段來精準解析器件內部電荷的生成與傳輸機制，這成為制約技術突破的瓶頸。
技術創(chuàng)新：ESFG 光譜技術的突破性應用
研究團隊通過改良傳統(tǒng)和頻振動光譜儀（SFG），創(chuàng)新性開發(fā)出電子和頻產生光譜技術（ESFG）。該技術通過向器件照射波長可調的可見光與近紅外光，結合電場誘導效應，可實時捕捉界面處的紫外可見吸收光譜，實現(xiàn)對復雜結構器件內部電荷移動狀態(tài)的高靈敏度監(jiān)測。
實驗以三種不同結構的有機電致發(fā)光二極管（OLED1、OLED2、OLED3）為樣本，對比發(fā)現(xiàn)：插入有機物 BAlq 的 OLED2 與 OLED3，其內部電位分布與未插入的 OLED1 存在顯著差異。進一步研究表明，BAlq 層的引入改變了空穴傳輸層的電位分布，平衡了各有機層的電位，使發(fā)光界面從空穴傳輸層與發(fā)光層界面轉移至發(fā)光層與 BAlq 層界面。這一調整不僅消除了電荷局域化現(xiàn)象，有效抑制了效率滾降，更使 OLED2 在高亮度區(qū)域的電流效率超越 OLED1，同時通過減少界面電荷集中，顯著延長了器件壽命。
未來展望
此項研究揭示了通過材料選擇調控器件內部電位平衡的機制，凸顯了器件設計在性能提升中的關鍵作用。ESFG 技術為工程師提供了基于實際器件的性能評估工具，不僅可用于優(yōu)化 OLED 的發(fā)光效率與壽命，還能深入分析器件長期驅動后的劣化原因。
從更廣闊的視角看，該技術突破不限于 OLED 領域，在有機太陽能電池、柔性電子器件等領域同樣具有廣泛的應用前景。隨著技術的進一步推廣，有望推動整個有機電子行業(yè)向低功耗、長壽命、高性價比的方向邁進，為下一代顯示技術與新能源器件的研發(fā)奠定堅實基礎。
