受现有超薄太阳能电池板电极设计技术的启发，美国斯坦福大学、韩国三星先进技术研究院（SAIT）和韩国汉阳大学合作开发了一种用于OLED显示器的新架构，可使电视、手机等设备的分辨率达到10000 PPI，而现有手机屏幕的分辨率只有400-500PPI。

新型OLED结构图

这样的高像素密度显示器，将能够提供更加逼真、令人惊叹的图像，这对于设计头戴显示器来说将更加重要。

斯坦福大学材料科学家马克·布朗格斯马(Mark Brongersma)最初之所以走上这条研究道路，是因为他想创造一种超薄的太阳能电池板设计。

“我们利用了这样一个事实，即在纳米尺度上，光可以在水等物体周围流动，”布朗格斯马说。他是材料科学与工程教授，也是10月22日发表在“科学”杂志上详细介绍这项研究的论文的资深作者。“纳米光子学领域不断带来新的惊喜，现在我们开始影响真正的技术。该设计对太阳能电池非常有效，现在我们有机会影响下一代显示器。”

除了拥有创纪录的像素密度外，新的“超光子学”OLED显示屏也将比现有版本更亮，色彩精确度更好，而且生产起来也更容易，成本效益也更高。

OLED的核心是有机发光材料。这些电极夹在高反射和半透明电极之间，可以将电流注入到设备中。当电流通过OLED时，发射器发出红色、绿色或蓝色光。OLED显示器中的每个像素由产生这些原色的较小的子像素组成。当分辨率足够高时，人眼会将像素视为一种颜色。OLED是一项很有吸引力的技术，因为它们薄、轻、可柔，比其他类型的显示器能产生更明亮、更丰富多彩的图像。

这项研究旨在为目前商用的两种类型的OLED显示器提供一种替代方案:一种类型称为红绿蓝OLED，它有单独的子像素，每个子像素只包含一种颜色的发射器。这些OLED是通过蒸镀每一层材料通过高精度金属掩模版FMM来控制每个像素的组成来制造的。然而，它们只能小规模生产。

而电视等较大的设备采用白光OLED+CF的显示屏，这个相对容易制造。但是由于滤光片减少了总的光输出，白光OLED显示器更耗电，而且容易将图像烧到屏幕上，产生烧瓶残影现象。

超薄太阳能电池板和新型OLED显示屏背后的关键创新是一个带有纳米级波纹的金属反射底层，称为光学超表面。该超表面可以控制光的反射特性，从而使不同的颜色在像素中产生共振。这些共振是促进OLED有效提取光线的关键。

为了创造一个整体的平面屏幕，沉积在上方的材料必须以不相等的厚度铺设。相比之下，在所提出的OLED中，基层波纹允许每个像素具有相同的高度，这便于大规模和微尺度制造的更简单的工艺。

主导这项研究的斯坦福大学教授马克·布朗格斯马表示："这类似于乐器利用声学共振发出优美且容易听出的音色。"例如，红光的光波长比蓝光长，在传统的RGB-OLED中，红光转化为不同高度的子像素。为了创造一个整体的平面屏幕，发射器上方沉积的材料必须以不等厚的方式铺设。相比之下，在新型OLED中，基底层波纹使得每个像素的高度都是相同的，这有利于简化大规模以及微观尺度的制造过程。

超表面OLED EL表征

超高像素密度RGB超表面OLED

在实验室测试中，研究人员成功地制造出微型概念验证像素。与滤色的白光OLED(用于OLED电视)相比，这些像素具有更高的颜色纯度和两倍的发光效率，这是衡量屏幕亮度与能耗的指标。它们还允许每英寸10000像素的超高像素密度。

超表面OLED和标准的彩色滤光白色OLED的EL性能对比

将这项工作整合到全尺寸显示器中的下一步工作是三星正在推进的，马克·布朗格斯马热切地等待着结果，希望成为第一批看到meta-OLED显示屏投入使用的人之一。

该研究论文10月23日发表在Science上，论文标题为《Metasurface-driven OLED displays beyond 10，000 pixels per inch》。

参考文献：

Won-Jae Joo et al. Metasurface-driven OLED displays beyond 10，000 pixels per inch. Science 2020， 370， 459-463.

https://science.sciencemag.org/content/370/6515/459