仅300nm²！科学家开发出超微像素，AR/VR显示再获突破

近日，一项发表于《Science Advances》的研究提出了一种纳米孔径电极结构，成功实现了300纳米×300纳米的OLED像素，并具备单独寻址、高亮度、高稳定性等特性，解决了 OLED 微型化的效率与稳定性难题。

传统 OLED 像素在缩小至光波长以下时，会因电极尖锐边缘导致载流子传输不均衡、发光效率降低，甚至出现电流细丝，加速器件失效。研究团队提出创新的解决方案：在金属纳米电极边缘覆盖绝缘层，仅在平坦中央区域开设纳米孔径，使电荷注入集中于受控区域，从而实现稳定的电荷复合并有效抑制细丝生长。

图 1. 具有可单独寻址底部纳米电极的纳米 OLED 像素的概念设计

本文提出一种 OLED 架构，将垂直器件堆叠与横向定义的等离子体纳米天线电极结合，同时抑制尖锐边缘场热点影响。与早期仅将无源等离子体散射体集成到标准 OLED 以抵消波导的研究相比，该概念（图 1A、B）可实现可单独寻址、稳定且高效的亚波长像素。

该架构通过绝缘层覆盖电极，仅在中心留纳米孔径，隔离电极周边角和边缘，抑制从纳米电极边缘的空穴注入（图 1A、B），从而减轻电场热点的有害影响（图 1C），实现器件稳定运行及平衡的电荷载流子传输和复合动力学（图 1B）。发射极位置的激子耦合到用作底部阳极的金贴片天线等离子体模式，通过玻璃基板辐射到远场。研究先在仅空穴器件中验证通过单个金纳米电极的纳米孔径控制空穴注入，再展示亚波长单独寻址的垂直堆叠纳米 OLED（300nm×300nm）。这些纳米像素在高电流密度下保持稳定，外部量子效率（EQE）达 1% 范围，最大亮度 3000 cd・m⁻²，像素切换速度超标准视频帧速率（如 60 帧・s⁻¹）。该方法通过精确空间控制电荷载流子路径，实现对纳米级 OLED 结构中活性复合和发射区域的精确控制，并利用金纳米电极的等离子体纳米天线效应，是光电器件小型化的重要进步，对下一代超小型高分辨率显示器及其他纳米光电系统开发具有重要意义。

该研究突破了 OLED 像素尺寸受限的传统瓶颈，为超高像素密度（>6000 PPI）的微型显示器提供了新技术路线。相比面临制造与效率挑战的无机 LED，OLED 方案在可扩展性、兼容性与成本方面更具优势。

研究团队指出，这一“绝缘纳米孔径 + 等离子体天线”架构可广泛应用于未来的近眼显示器、光场显示器、光子集成电路及其他纳米光电器件中，为 AR/VR 产业迈向超微显示时代奠定了基础。

未来研究团队将持续聚焦提升纳米 OLED 效率（提 EQE 至 > 5%）与实现全彩。

来源：科学进展

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