德国维尔茨堡大学突破纳米级OLED电极设计，实现可单独寻址亚波长像素稳定运行
pixel yield超过90%
（映维网Nweon 2025年03月04日）AR/VR需要具有超高像素密度的小型化显示器。在一项研究中，德国维尔茨堡大学团队展示了一个基于纳米级电极的可单独寻址亚波长OLED像素。
所提出的方法是基于这样一个概念：当缩小像素尺寸时，传统OLED的二维平面几何结构演变成由尖锐纳米电极轮廓控制的复杂三维几何结构。针对这个问题，团队通过选择性地用绝缘层覆盖尖锐的电极轮廓，同时在电极的平坦区域利用纳米孔径来规避这种影响。
所以，可以确保在纳米尺度控制电荷载流子注入和重组。作为原理证明，他们首先在纯空穴器件中展示了稳定高效的金纳米电极空穴注入，pixel yield超过90%，并且长期运行稳定。然后，用单个可寻址的纳米电极（300 x 300 nm）实现了完整的垂直OLED像素。
在有机半导体技术中，垂直多层结构提供了对光电特性的精确控制。元件的持续小型化是新型技术进步背后的主要推动力，包括用于AR/VR显示器的超小型OLED像素。
然而，小型化往往需要显著的规模效应。关于有机器件，有研究解决了纳米级结中的载流子输运和重组问题，但没有使用单独的可寻址纳米电极。
OLED小型化的一个关键挑战是纳米电极的尖锐边缘。由此产生的局部增强电场导致金属半导体接触处的肖特基势垒改变，相应地改变了载流子注入/提取机制，对器件性能施加了严重的限制。局部电场增强将导致电荷注入势垒极小值，这将导致整个器件的电流密度热点和电荷不平衡。
另外，局部电场增强通常会导致金属细丝的形成，这与不稳定和不确定的器件操作有关。同时，OLED的发射功率受到小型化的不利影响，发射功率会迅速下降。一种直观的解决方案是利用谐振等离子体天线作为集成到标准OLED中的无源散射体来增强辐射。
有研究将有源亚波长等离子体纳米天线电极集成到横向排列的纳米OLED中，并通过天线效应证明了发射增强。然而，器件受到局部场诱导的细丝生长的影响，并且最先进的多层有机堆叠设计无法发挥其所有优点。
在这里，德国维尔茨堡大学团队介绍了一种全新的方法，将垂直堆叠的优点与纳米级等离子体金属电极的潜在优点结合起来，同时避免了与小型化相关的尖锐边缘结构的不利影响。
图a示出没有边角绝缘的器件配置，电场增强会产生喷孔和细丝生长，并导致重组效率的急剧降低和器件的不稳定性。
对于图b，设备配置有边角绝缘。纳米电极的注入孔限制在以均匀电场区域为中心的纳米孔径内，从而绕过了电极缩小的有害影响。
换句话说，通过采用纳米孔径，在纳米电极的外围角落和边缘覆盖绝缘层，以将孔注入限制在纳米电极的平面中心。这有效地减轻了相关区域电场热点造成的不利影响，从而实现了稳定的器件运行，平衡了电荷载流子输运和重组动力学。
他们首先通过在纯空穴器件中通过单个Au纳米电极展示纳米孔径控制的空穴注入来验证这种方法，然后展示了前所未有的微型、可单独寻址、垂直堆叠的OLED纳米像素，量子效率在1%范围内，表明电荷传输和重组平衡。
所述方法通过展示对电荷载流子路径的精确空间控制，从而展示了纳米级OLED架构中主动重组和发射区域的精确空间控制，以及为利用金纳米电极中额外的等离子体纳米天线效应铺平了道路。
团队认为，这项研究具有重大意义，可推动下一代超小型但高分辨率显示器和其他纳米光电系统的发展。
总的来说，这项研究引入了一个新概念：用于使用支持等离子体模式的纳米级电极创建可单独寻址的纳米OLED。通过选择性地绝缘尖锐电极轮廓，团队实现了控制载流子注入和抑制失效机制。
所述方法展示了300 × 300 nm2 OLED像素的稳定和高效运行，使进一步小型化成为可能，并为利用等离子体效应的未来改进提供了潜力。
