基于微腔光谱工程的单发射体白光有机发光二极管(OLED)研究：实现无ITO的简易制备与光谱调控

这篇研究报道了一种创新的单组分白光OLED(WOLED)设计，通过铝微腔结构将高效蓝色热激活延迟荧光(TADF)材料DMAC-DPS的发射光谱展宽为白光。该技术摒弃了传统复杂的掺杂体系或多层堆叠结构，仅通过调节发射层厚度即可实现色温3790-5050K可调，外量子效率(EQE)>5%，为可持续照明应用提供了简便可扩展的解决方案。

　　

白光有机发光二极管(WOLED)作为新一代照明和显示技术备受关注，但传统制备方法依赖复杂掺杂或多层堆叠结构。最新研究提出了一种基于铝微腔光谱工程的创新方案，仅使用单一发射体即可实现高效白光发射。

1 引言

WOLED面临亮度寿命短、需透明电极(如ITO)和多组分发射层平衡等挑战。现有技术需精确控制多种发光体浓度，易出现色彩不稳定。单组分WOLED虽能解决这些问题，但分子设计复杂且合成困难。前期研究曾利用介质布拉格反射镜(DBR)实现单组分WOLED，但效率(EQE<0.1%)低下且DBR制备成本高。

2 结果与讨论

研究团队选用高效蓝色TADF材料DMAC-DPS作为单一发射层，其光致发光光谱覆盖420-650nm。器件结构为：基底/Al(70nm)/MoO₃(5nm)/mCP(40nm)/DMAC-DPS(d_EMLnm)/DPEPO(50nm)/LiF(1nm)/Al(15nm)，其中顶部15nm铝电极兼具镜面和电极功能。

通过调节发射层厚度(d_EML)，实现了：

• •

  55nm厚度：暖白光(FWHM90nm)，CIE(0.42,0.49)，色温3790K

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  75nm厚度：冷白光(FWHM190nm)，CIE(0.38,0.46)，色温4440K

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  85nm厚度：冷白光，CIE(0.35,0.45)，色温5050K

光学模拟显示，微腔模式和表面等离子体激元(SPP)共同作用：

1. 1.

   弱腔模式调至DMAC-DPS发射红尾区，将发射重分布至绿红区域

2. 2.

   薄顶电极使SPP模式增强辐射率，同时减少非辐射损耗

3. 3.

   发射增强因子EF(λ)>1，在450nm(SPP)和600-650nm(腔模)处出现峰值

器件性能分析表明：

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  暖白光器件启亮电压4.4V，最大亮度1580cd/m²，EQE4.7%

• •

  驱动电压增加时光谱保持稳定，无激基复合物形成

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  角度特性显示在±40°范围内光谱偏移<1%，50%光子通量处于白光区

瞬态荧光测试证实：

• •

  器件中DMAC-DPS的瞬发寿命(17.3ns)比纯膜(20.2ns)短

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  在430nm处测得1.8倍增强，与模拟趋势一致

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  延迟发射寿命缩短(1.4μs vs 2.4μs)，归因于三重态淬灭增加

3 结论

该研究证明了无需ITO和多组分发射层的WOLED可行性，通过铝微腔中SPP和腔模的协同作用，仅调节发射层厚度即可实现色温调控。虽然器件效率(理论EQE上限15%)和亮度较传统OLED仍有差距，但为大规模低成本制备WOLED提供了新思路。

4 实验方法

器件在3×10^-7mbar真空度下制备，采用热蒸发工艺。光学特性通过椭偏仪和角度分辨电致发光系统表征。理论模拟采用经典偶极子模型结合传输矩阵法，在MATLAB和SETFOS中实现。

这项技术突破为有机光电子领域带来了重要进展，通过创新的光子学设计简化了WOLED结构，同时保持了良好的光谱调控能力，在可持续照明和显示技术应用中展现出巨大潜力。