用于柔性 OLED 协同光提取的混合微透镜-聚合物分散液晶基底

更亮、更可弯曲的屏幕

从可折叠的智能手机到可卷曲的电视，下一代显示器需要同时具备柔性、亮度与能效。有机发光二极管（OLED）已为许多高端屏幕提供动力，但它们产生的大部分光并未到达观众眼中。这项研究提出了一种新的透视背膜，能在无需复杂或昂贵工艺的情况下，帮助柔性 OLED 向外发射更多光——为更薄、更耐用的设备指明了方向。

为什么大量光被困住

在 OLED 内部，电能以极高效率被转换为光，但只有约五分之一的光能逃逸出器件。其余光在多层薄膜内来回反射，或泄入支撑基板，而不是朝向观众。这种隐性损失迫使显示器为显得更亮而消耗更多电能，加速电池耗尽。传统用于释放被困光的办法——例如有纹理的玻璃表面和复杂的微结构——在刚性玻璃面板上效果良好，但通常需要高温、真空室或多重光刻步骤，这些都不适合大尺寸、柔性的屏幕。

可弯曲且增强光的混合薄膜

研究人员设计了一种称为 MIP 的混合基底，英文全称为 microlens‑imprinted polymer dispersed liquid crystal（微透镜压印的聚合物分散液晶）。简单来说，它是一种柔性塑料薄膜，结合了两种改变光传播的元件：内部充满微小液滴的均匀层，以及表面有规则图案、类似蛋箱结构的微型透镜阵列。内部的液晶微滴像无数微小的雾状颗粒，轻柔地打散光在薄膜内的传播方向。位于表面的微透镜阵列会折射这些散射后的光，使更多光朝外发射而不再被反射回去。由于整个结构由聚合物基体构成，它能够弯曲而不裂开——这是可卷曲与可穿戴显示器所必需的特性。

简单且可扩展的制造工艺

团队没有依赖高端芯片制造设备，而采用了直接且常温的工艺。他们将透明液晶与紫外可固化环氧树脂混合，将该混合物旋涂到带有微透镜纹样的可重复使用模具上，然后用紫外光固化。随后加入一层薄而极平整的顶层，以便可在其上沉积标准 OLED 结构而不会发生电短路。显微镜确认微透镜图案已干净复制到柔性膜中，光学测试显示该薄膜整体透明性良好，但具有很高的“雾度”——即在多方向强烈扩散光的能力。这种内部高散射与表面受控折射相结合，使薄膜能够重定向原本被困的光。

实际效果如何

首先，计算机光线追踪模拟仅考察了微透镜表面的影响。与平面表面相比，透镜图案使从材料中逸出的光大约增加了 60%，并使正面视角附近的亮度提升约 20%，同时没有产生明显的亮斑或暗区。当制作出包含液滴层的完整混合薄膜并将其置于真实柔性 OLED 器件下时，观测到的提升与预测基本吻合。在典型工作电压下，基于 MIP 膜的 OLED 比置于裸玻璃上的器件显著更亮，且耗电略有减少。关键性能指标如电流效率和外量子效率提高了 15–21%。薄膜在机械上也保持良好：弯曲样品的照片显示均匀的绿色发光且跨视角颜色变化甚微，表明其光学功能与机械柔性均得以保留。

对日常设备意味着什么

对非专业读者而言，结论是这种混合薄膜能减少柔性 OLED 的光损失，从而使屏幕更亮，或在相同亮度下更省电。该方法使用廉价材料和简单的常温涂覆与固化流程，原则上可扩展到卷对卷生产。因此它不仅对实验室器件有吸引力，也适合未来大规模量产的手机、可穿戴设备和车载显示器。更广泛地说，这项工作展示了如何将规则的表面图案与随机结构的内部结合，精确控制薄而可弯曲组件中的光——这一思路可能影响许多下一代光学技术。

引用: Lim, S., Ahn, HS., Lee, W. et al. Hybrid microlens-polymer dispersed liquid crystal substrate for synergistic light extraction from flexible OLEDs. Sci Rep 16, 7627 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37135-4

关键词: 柔性 OLED 显示器, 光提取, 微透镜阵列, 聚合物分散液晶, 节能屏幕