我国科学家攻克有机发光晶体管核心难题，柔性显示革命的关键一步

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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2025/11/555040.shtm

中国科学院院士黄维领衔的西北工业大学研究团队在有机发光晶体管技术领域实现重大突破，成功解决了困扰该领域多年的核心技术难题。这项发表在《自然·光子学》的研究成果，不仅刷新了有机发光晶体管的性能记录，更为下一代柔性显示技术和低功耗光通信系统奠定了坚实基础。

研究团队创新性地开发出基于非对称交错电极结构的多层器件设计，实现了载流子和光子的精确双重调控，彻底改变了传统有机发光晶体管在效率和功耗方面的技术局限。实验数据显示，该技术制备的红、绿、蓝三色器件发光效率分别达到18.4%、21.2%和14.4%，电流效率分别为26.9、78.0和31.7坎德拉每安培，最大亮度分别达到16110、19577和4383坎德拉每平方米，这些指标均大幅超越了现有技术水平。

有机场效应发光晶体管作为一类革命性的光电器件，巧妙地融合了有机发光二极管的优异发光特性与场效应晶体管的精确电流控制能力。这种独特的设计使其在柔性显示、可穿戴设备、智能照明等新兴应用领域展现出巨大潜力，因此成为全球科研机构竞相攻克的技术高地。

技术突破的核心创新

长期以来，有机发光晶体管技术面临三大核心挑战：单层结构器件的光子利用效率低下、多层结构中电流传输的不平衡问题，以及光子束缚导致的能量损耗。这些技术瓶颈严重制约了器件性能的提升和实际应用的推进。

黄维团队的突破性贡献在于提出了一套完整的技术解决方案。团队开发的非对称交错电极结构能够精确控制电荷载流子的注入和传输路径，同时优化光子的提取效率。这种设计不仅解决了传统器件结构中电子和空穴传输不平衡的问题，还显著减少了光子在器件内部的损耗。

在材料层面，研究团队专门开发了具有平衡双极传输特性的新型主体材料。这种材料通过分子结构设计优化，有效促进了电子沿分子骨架的迁移，同时增强了材料的电子亲和性，从而实现了电子和空穴的平衡传输。这一材料创新为器件性能的大幅提升提供了关键支撑。

更值得注意的是，团队开发的图案化器件阵列在实用化方面取得了重要进展。该阵列的有效显示区域占比超过60%，电路能耗损耗仅为5.6%，这意味着在保证显示质量的同时，大幅降低了整体功耗。这种高效率、低功耗的特性对于移动设备和可穿戴技术具有重要意义。

产业应用前景与技术意义

有机发光晶体管技术的突破对显示产业的影响是多方面的。首先，在柔性显示领域，这项技术为开发更薄、更轻、更节能的可弯曲显示屏提供了技术基础。相比传统的有机发光二极管显示技术，有机发光晶体管具有更好的电流控制精度和更低的驱动电压，这使得大面积柔性显示成为可能。

在可穿戴设备方面，低功耗特性尤为重要。智能手表、健康监测设备等产品对功耗极为敏感，黄维团队开发的技术能够显著延长设备续航时间，提升用户体验。同时，器件的高亮度特性保证了在各种光照条件下的显示效果。

光通信领域是另一个重要的应用方向。有机发光晶体管的高速开关特性和优异的发光性能，使其在可见光通信、光互联等新兴技术中具有应用潜力。特别是在物联网和智能城市建设中，基于有机光电子器件的通信技术可能成为重要的技术选择。

从全球显示产业竞争格局来看，中国在有机发光显示技术方面起步较晚，但近年来发展迅速。京东方、TCL华星等公司在OLED面板制造方面已达到国际先进水平，但在核心技术和材料方面仍存在差距。黄维团队的研究成果为中国在下一代显示技术方面抢占先机提供了重要支撑。

技术挑战与发展展望

尽管取得了重要突破，有机发光晶体管技术要实现大规模产业化仍面临诸多挑战。首先是器件稳定性问题。有机材料在长时间工作条件下的稳定性仍需进一步改善，特别是在高温、高湿等恶劣环境中的表现。

其次是制造工艺的复杂性。多层结构和精密电极设计对制造精度提出了更高要求，这增加了量产的难度和成本。如何在保证器件性能的同时降低制造成本，是技术转化面临的关键问题。

材料成本也是需要考虑的因素。虽然有机材料相比无机半导体具有成本优势，但高性能的有机光电材料仍然价格昂贵。随着技术成熟和规模化生产，成本问题有望逐步解决。

从技术发展趋势来看，有机光电子技术正朝着更高性能、更低成本、更环保的方向发展。量子点、钙钛矿等新材料的引入为技术进步提供了新的可能性。同时，人工智能和机器学习技术在材料设计和器件优化中的应用，也将加速技术创新的步伐。

黄维团队的研究不仅在技术层面取得了突破，更重要的是建立了一套完整的设计方法学。这套方法论为其他研究机构开发类似技术提供了指导，有望推动整个有机光电子领域的快速发展。

展望未来，有机发光晶体管技术有望在多个应用领域实现产业化突破。随着5G、物联网、人工智能等技术的发展，对高性能显示和光通信技术的需求将持续增长。中国在这一技术领域的突破，不仅有助于提升相关产业的竞争力，也为全球技术进步做出了重要贡献。

这项研究成果的发表，标志着中国在有机光电子技术领域达到了国际领先水平，为未来的技术产业化和商业应用奠定了坚实基础。