白光OLED技術新突破！為低成本、大規模產業化提供了全新解決方案

CINNO Research產業資訊，近日，芬蘭圖爾庫大學的一個研究團隊，在《先進光學材料》期刊上發表了一項重要的研究成果。研究團隊創新性地運用平面鋁微腔光譜工程技術，以單一藍色熱激活延遲熒光（TADF）發光體DMAC-DPS為核心，成功研發出無需氧化銦錫（ITO）電極的單組分白光有機發光二極管（WOLED）。測試結果顯示，這款OLED器件不僅實現了3790K至5050K的色溫調節（覆蓋暖白光到冷白光范圍），頂發射結構下外量子效率（EQE）超5%，亮度突破1000 cd/m2，為白光OLED的低成本、大規模產業化提供了全新解決方案。

傳統白光OLED困境重重，技術瓶頸待突破

白光有機發光二極管（WOLED）憑借寬色域、適配柔性基板、低功耗等優勢，在下一代照明與顯示領域潛力巨大。然而，其商業化進程卻受限于三大關鍵技術瓶頸，難以與傳統白光 LED 抗衡。

首先是電極材料與制備成本難題。傳統WOLED依賴透明電極實現光輸出，氧化銦錫（ITO）是主流選擇。但ITO存在明顯缺陷：銦元素稀缺且價格波動大，增加制造成本；其制備需高真空濺射工藝，能耗高且難以兼容柔性基板。雖有研究人員嘗試用石墨烯、金屬納米線等替代，但要么導電性不足，要么需額外修飾步驟，規模化應用難度大。

其次，發光層設計復雜且顏色穩定性差。當前實現白光發射的主流方案，需將紅、綠、藍三種發光體通過多層堆疊或單層共混集成到器件中。這種多組分設計不僅要求精確控制各發光體濃度以平衡光譜，還會因不同發光體老化速率差異，導致器件使用中出現色溫偏移、色坐標漂移。比如藍光材料壽命較短，長期使用易 “偏黃”，嚴重影響顯示與照明質量。

最后，光子利用效率與結構兼容性存在矛盾。為提升性能，研究人員常引入光子晶體、分布式布拉格反射鏡（DBR）等光子結構優化光輸出，但這些結構要么制備工藝復雜（如DBR需多輪鍍膜），要么僅兼容多組分發光層，還易導致器件效率驟降。此前該團隊曾用DBR實現單組分WOLED，外量子效率卻不足0.1%，遠無法滿足實際應用需求。

創新設計破局，重構WOLED技術邏輯

為解決傳統WOLED的固有缺陷，研究團隊提出 “單發光體 + 鋁微腔” 的極簡設計思路，通過精準調控微腔模式與表面等離激元極化子（SPP）模式，將單一藍色發光體的發射光譜拓寬至白光范圍，核心創新點有三：

其一，精選單組分發光層材料 DMAC-DPS。該材料具有其三大明顯優勢：具備高效TADF特性，內量子效率（IQE）接近100%，三線態激子可通過反向系間竄越（RISC）轉化為單線態輻射發光，為高效白光輸出奠定基礎；光致發光（PL）光譜覆蓋420-650 nm，主峰位于488nm，550-650 nm區間有天然弱發射尾，經微腔調控可增強綠光、紅光成分，無需額外引入其他發光體；此前研究證實，基于DMAC-DPS的藍光OLED外量子效率接近20%，性能穩定，為單組分白光轉化提供可靠 “基底”。

其二，創新鋁微腔結構替代ITO。研究團隊摒棄傳統透明電極設計，采用全鋁電極構建平面微腔，器件結構（從下至上）為：基板/Al（70 nm，底電極/反射鏡）/MoO?（5nm，空穴注入層）/mCP（40nm，空穴傳輸層）/DMAC-DPS（可變厚度，發光層）/DPEPO（50 nm，電子傳輸層）/LiF（1 nm，電子注入層）/Al（15 nm，頂電極/漏光反射鏡）。70 nm厚的Al底電極反射率超90%，既作陽極傳輸空穴，又與頂鏡形成微腔，無需額外制備反射層；15 nm 厚的超薄Al頂電極，既作陰極傳輸電子，又充當“半透明反射鏡”，允許部分光透出的同時與底鏡形成光學微腔。這種設計擺脫ITO依賴，且Al材料成本低、制備工藝成熟，大幅降低產業化門檻。改變DMAC-DPS厚度，可實現微腔模式精準調控，當該厚度從55 nm增至85nm，微腔共振波長向紅光偏移，發射色溫從3790K（暖白光）調至 5050K（冷白光），無需改變材料組成，僅調整單一膜層厚度，工藝簡化。

其三，SPP與微腔協同提升性能。超薄Al頂電極與相鄰介電層（DPEPO）界面激發的表面等離激元極化子（SPP）模式，可增強發光層輻射速率，減少能量向倏逝波通道的損耗。光學模擬顯示，SPP在450 nm附近形成增強峰，微腔模式在600-650nm形成增強肩峰，二者疊加使DMAC-DPS整體輻射速率提升1.16-1.8倍；微腔模式像 “濾波器”，抑制過強藍光成分（488 nm主峰），增強綠光（520 nm）、紅光（600 nm）成分，將藍光光譜拓寬為連續白光光譜。如厚度=55nm時，器件發射暖白光，半高寬（FWHM）達90 nm，CIE坐標為 (0.42, 0.49)；厚度=75 nm時，發射冷白光，FWHM擴大至190 nm，CIE坐標為 (0.38, 0.46)，完全覆蓋可見光范圍。

性能與應用前景

該單組分WOLED雖設計極簡，卻展現出優異綜合性能。優化后的暖白光器件（厚度=55 nm）外量子效率達4.7%，功率效率為6 lm/W（100 cd/m2亮度下），遠超此前單組分方案；最大亮度達1580 cd/m2，滿足室內照明、顯示器背光等場景需求；色溫在3790-5050K間連續可調，無需更換發光材料。不過，器件效率隨厚度增加而下降（冷白光器件EQE約1%），因發光層增厚導致電荷輸運不平衡，優化空穴/電子傳輸層厚度可解決，未來效率提升空間大。

穩定性方面，傳統多組分WOLED常因電壓變化出現色溫漂移，而該單組分器件驅動電壓從6V增至10V時，暖白光器件發射光譜幾乎無變化，CIE坐標偏移小于0.01；在±40°主流觀測角度范圍內，發射光譜偏移小于1%，色溫變化小于300K，暖白光器件在0°與40°時，CIE 坐標變化僅為Δx≈2.38%、Δy≈2.04%，滿足顯示器件角度色偏要求。壽命測試中，暖白光器件在200 cd/m2初始亮度下半衰期（LT50）為3分鐘，短于傳統藍光OLED（9分鐘），但主要受DMAC-DPS材料穩定性限制，更換更穩定的TADF發光體后壽命可大幅提升。

應用前景上，該器件在照明領域可降低制造成本，適合大規模生產室內照明面板、智能燈具，色溫可調特性適配不同場景；在顯示領域，頂發射結構與高角度穩定性適合顯示器背光，還可拓展至折疊屏、可穿戴設備等柔性顯示場景；在特種領域，可用于AR/VR設備微型顯示器、手術室冷光照明等。

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