近日，日本千葉大學(xué)研究生院的宮前孝行教授與鏑城龍也博士科研團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一項(xiàng)革命性技術(shù) —— 可在電壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，精準(zhǔn)檢測(cè) OLED 等有機(jī)電致發(fā)光器件內(nèi)部電位分布的全新測(cè)量方法。此項(xiàng)技術(shù)猶如為器件內(nèi)部裝上 “透視眼”，通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)器件的檢測(cè)，能深入獲取超薄有機(jī)層的狀態(tài)信息，進(jìn)而通過優(yōu)化內(nèi)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(guó)學(xué)術(shù)期刊《Journal of Materials Chemistry C》上發(fā)表，為有機(jī)電致發(fā)光器件領(lǐng)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(shù)之一，OLED 憑借其超薄特性廣泛應(yīng)用于高端電視、智能手機(jī)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(jié)構(gòu)，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(shí)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(lǐng)域極具優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也帶來了電荷行為監(jiān)測(cè)的難題。要實(shí)現(xiàn)器件的高功能化與節(jié)能化，關(guān)鍵在于確保電荷有效注入并在發(fā)光層復(fù)合，而長(zhǎng)期以來，業(yè)界缺乏非破壞性手段來精準(zhǔn)解析器件內(nèi)部電荷的生成與傳輸機(jī)制，這成為制約技術(shù)突破的瓶頸。
技術(shù)創(chuàng)新：ESFG 光譜技術(shù)的突破性應(yīng)用
研究團(tuán)隊(duì)通過改良傳統(tǒng)和頻振動(dòng)光譜儀（SFG），創(chuàng)新性開發(fā)出電子和頻產(chǎn)生光譜技術(shù)（ESFG）。該技術(shù)通過向器件照射波長(zhǎng)可調(diào)的可見光與近紅外光，結(jié)合電場(chǎng)誘導(dǎo)效應(yīng)，可實(shí)時(shí)捕捉界面處的紫外可見吸收光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)器件內(nèi)部電荷移動(dòng)狀態(tài)的高靈敏度監(jiān)測(cè)。
實(shí)驗(yàn)以三種不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED1、OLED2、OLED3）為樣本，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：插入有機(jī)物 BAlq 的 OLED2 與 OLED3，其內(nèi)部電位分布與未插入的 OLED1 存在顯著差異。進(jìn)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(jī)層的電位，使發(fā)光界面從空穴傳輸層與發(fā)光層界面轉(zhuǎn)移至發(fā)光層與 BAlq 層界面。這一調(diào)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(shí)通過減少界面電荷集中，顯著延長(zhǎng)了器件壽命。
未來展望
此項(xiàng)研究揭示了通過材料選擇調(diào)控器件內(nèi)部電位平衡的機(jī)制，凸顯了器件設(shè)計(jì)在性能提升中的關(guān)鍵作用。ESFG 技術(shù)為工程師提供了基于實(shí)際器件的性能評(píng)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(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)后的劣化原因。
從更廣闊的視角看，該技術(shù)突破不限于 OLED 領(lǐng)域，在有機(jī)太陽(yáng)能電池、柔性電子器件等領(lǐng)域同樣具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的進(jìn)一步推廣，有望推動(dòng)整個(gè)有機(jī)電子行業(yè)向低功耗、長(zhǎng)壽命、高性價(jià)比的方向邁進(jìn)，為下一代顯示技術(shù)與新能源器件的研發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
