由于内在材料的挑战，目前商用蓝色OLED的发光效率和寿命长期落后于红色和绿色同类产品。在现有商业化OLED产品中，绿色和红色OLED使用磷光发光材料（理论上可将每个电子转化为一个光子），不过蓝色OLED则传统上依赖更为传统的荧光发光材料，其发光效率要显著低于红色和绿色磷光发光材料。据了解，这种差异主要是因为蓝光光子携带更高的能量，对有机分子的应力更强。OLED面板内能量的寄生捕获会导致分子降解，从而缩短器件寿命—— 这一难题已持续困扰业界二十余年。
获得上述突破的密歇根大学研究团队由斯蒂芬・福里斯特（Stephen Forrest）领导，他们正是通过利用量子力学现象，在激发态粒子（激子）发生破坏性相互作用之前，加速其向蓝光光子的转化，来解决了这一问题的。其实施方法的核心是对OLED器件架构进行策略性设计，创建他们所称的“激子快速通道”—— 这一概念利用了激子与表面等离激元（金属电极上的集体电子振荡）之间的耦合作用，该作用会形成一种名为“等离激元 - 激子极化激元”的混合准粒子，进而通过珀塞尔效应促进快速高效的光子发射。
在传统的OLED器件中，当电流注入电子和空穴时，二者会形成激子，然后激子必须通过辐射衰变才能发光。不过，对于蓝色磷光材料，由于量子力学选择定则的限制，这种衰变过程较为缓慢，这就增加了激子湮灭和分子在发光前分解的可能性。现在，密歇根大学研究人员的新设计在OLED器件的负电极上引入一层非常薄的碳基半导体层，该功能层会增强激子与表面等离激元的相互作用，进而加速发光过程并减少有害的激子碰撞湮灭。
这一增强效果通过将激子定位在离电极表面足够近的位置实现，因为此处与等离激元相关的电磁场最强。上述负电极表面很薄的碳层不仅能够促进这种耦合，还会将珀塞尔效应延伸至发光材料的更深层，确保即使远离电极的激子也能受益。这种巧妙设计实际上在将电极表面转化为了一面“镜子”的同时，也将其用作光发射的量子加速器。
除了等离激元增强技术，研究人员还采用了一种由两个堆叠发光层组成的串联OLED结构。这种串联排列可以很好地分担电致发光的负载，让每层的激子密度减半，这样就可以进一步降低激子 - 激子湮灭的概率（这种湮灭通常会随着时间推移破坏分子完整性）。实际上，整个OLED器件作为一个带有反射电极的光学腔，可微调发射光谱，将所发射的光推向深蓝色波长区域。
结合等离激元激子快速通道、串联发光层和光腔诱导光谱调谐等创新措施，该研究团队成功开发出了一款兼具超高亮度和显著工作稳定性的蓝色PHOLED。据介绍，这款新的蓝色PHOLED展示的耐用性与当前作为商业可行性基准的绿色PHOLED高度一致。可以看出，这一突破不仅有望通过实现全磷光、红绿蓝发光像素来提升现有OLED显示器的能效，还为未来开发颜色更鲜艳、寿命更持久的OLED屏幕奠定了基础。
随着显示制造商寻求色彩纯度、亮度、能耗和器件寿命之间的平衡，此类进展至关重要。蓝色像素历来是OLED屏幕的“阿喀琉斯之踵”，它限制了OLED器件整体性能，并会在工作中显著加剧屏幕老化过程。通过上述方案克服这些限制，密歇根大学团队显然为更低能耗、色更高颜色纯度和更优耐用性的OLED显示器的开发开辟了一条新的路径。
据介绍，该团队的研究同时得到美国能源部和环球显示公司（Universal Display Corporation）的支持，他们利用了卢里纳米制造设施（Lurie Nanofabrication Facility）和密歇根材料表征中心（Michigan Center for Materials Characterization）等先进设施以完成研究。这些机构提供了精密制造和诊断工具，它们对于探索和优化OLED堆叠层内电子与光子过程的复杂相互作用至关重要。
这项研究建立在该团队先前研究的基础上 —— 他们首次展示了通过电极涂层激活珀塞尔效应以促进激子 - 等离激元耦合的概念。如今，通过整合多种互补技术并优化器件架构，他们有效破解了蓝色PHOLED稳定性这一长期难题，这是科学界和工业界二十多年来共同追求的目标。
除了科学价值，这一创新已迈向商业化。密歇根大学团队已为其研究成果申请了保护专利，并将这些专利技术授权给了OLED材料与技术领域的领先企业环球显示公司。这一合作能够确保该突破性成果在未来转化为下一代OLED显示器，这有可能会在全球范围内影响所有搭载OLED面板的消费电子产品。
斯蒂芬・福里斯特教授（同时在电气工程、材料科学、物理学和应用物理学等多个系任职）特别强调了这一进展的重要性。尽管他承认仍需进行进一步测试并将其集成到商用OLED产品中，但他乐观地表示，这一突破明确为业界开辟了一条可行路径，它能够摆脱历史上制约蓝色PHOLED发展的诸多挑战。
从本质上讲，这一突破体现了量子光学、材料科学和电气工程的精妙结合。通过精细调控OLED器件内纳米级的量子相互作用，密歇根大学团队推动了显示技术前沿的发展，它预示着一个能效高、色彩鲜艳且耐用的OLED屏幕新时代的到来，这可能会重新定义电子媒体的视觉体验。
