拉伸仍可保持高亮：新型柔性OLED為皮膚顯示與可穿戴健康監測鋪路

由韓國首爾大學與美國德雷塞爾大學組成的國際研究團隊，開發出一種在大幅拉伸條件下仍能保持高亮度的新型柔性有機發光二極管（OLED），為未來可貼附皮膚的顯示器和實時健康監測傳感器奠定基礎。 相關成果已于 1 月 14 日發表在《自然》期刊上。

研究人員指出，這一新型器件延續了智能手機、曲面顯示器和電視中已廣泛應用的 OLED 技術思路，但目標從“可彎折、可卷曲”進一步推進到“可拉伸、可貼合皮膚”。 未來，這類器件有望直接貼在皮膚表面，動態顯示體溫、血流或壓力等生理參數。

此次發表的工作中，團隊設計了一種結合磷光聚合物發光層與 MXene 透明電極的新結構，使得器件在被拉伸至原始長度約 1.6 倍時仍能保持大部分亮度。 德雷塞爾大學工程學院教授 Yury Gogotsi 表示，柔性 OLED 的一大難題一直在于在反復彎折拉伸后保持發光耐久性，而透明導電層的機械與電學限制在過去十年內顯著制約了延展性提升。

傳統柔性 OLED 通常將有機發光層和電極沉積在可彎曲塑料基底上，通過電致發光過程產生光輸出。 然而，隨著反復彎曲，電極和有機層內部會逐漸出現裂紋和損傷，導致亮度和柔韌性下降；同時，為提高可拉伸性而摻入的絕緣彈性聚合物，會削弱載流子輸運效率，從而降低發光。

為突破這一瓶頸，團隊從發光層本身入手，引入所謂“外激發復合輔助磷光”（ExciPh）有機材料體系，通過調控能級結構，使更多載流子復合生成激子并高效輻射發光。 在該 ExciPh 層中，超過 57% 的激子被轉化為可見光，而現有許多 OLED 聚合物發光層的這一數值通常僅約為 12% 至 22%。

研究人員還將 ExciPh 發光層嵌入熱塑性聚氨酯彈性體基體中，在保持拉伸性的同時增強整體機械穩定性。 為改善電荷注入與分布，他們重新設計了電極結構，使電荷在器件內傳輸更加均勻，從而在反復形變時仍能保持穩定發光性能。

在電極材料方面，團隊采用由德雷塞爾大學在 2011 年率先開發的二維高導電材料 MXene，并與銀納米線復合，制備出透明且可拉伸的電極網絡。 這種網絡不僅導電性優異，其層狀結構和可調功函數也便于實現高效空穴或電子注入，顯著提升了 OLED 在彎曲和拉伸狀態下的亮度保持能力。

基于上述材料與結構設計，研究團隊制作了心形和數字形狀的柔性綠色 OLED 顯示樣品，用于測試電荷向激子轉換的效率以及在反復拉伸應力下的耐久性。 首爾大學團隊還在此基礎上，通過在 ExciPh 層中加入四種不同摻雜材料，實現了全彩、全可拉伸的 OLED 顯示面板，并展示了適合可穿戴電子的低功耗被動矩陣可拉伸 OLED 器件。

實驗結果顯示，這一新型可拉伸 OLED 在亮度和能效方面均優于先前報道的類似器件。 當被拉伸至最大應變的 60% 時，其性能僅下降約 10.6%；在 2% 應變下反復拉伸 100 次后，器件仍能保留 83% 的光輸出，體現出顯著的耐久性提升。

論文合著者、曾在德雷塞爾大學從事研究的 Teng Zhang 表示，該設計路線有望推動新一代高效柔性光電器件的發展，在實時健康監測和可穿戴通信技術等領域發揮重要作用。 展望未來，研究團隊計劃進一步探索更多類型的柔性基底，精細調控有機層以獲得不同顏色和亮度，并簡化制造工藝，以促進可拉伸 OLED 技術的更廣泛應用。

編譯自/ScitechDaily