摘要：近年来，有机发光晶体管（OLETs）因其在显示技术、光通信及智能传感器等领域的应用潜力而受到广泛关注。OLETs结合了有机场效应晶体管（OFETs）和有机发光二极管（OLEDs）的优点，能够在一个器件中实现电流调节和光发射功能。尽管OLETs在显示技术中表现出

研究背景

近年来，有机发光晶体管（OLETs）因其在显示技术、光通信及智能传感器等领域的应用潜力而受到广泛关注。OLETs结合了有机场效应晶体管（OFETs）和有机发光二极管（OLEDs）的优点，能够在一个器件中实现电流调节和光发射功能。尽管OLETs在显示技术中表现出色，但它们在发光效率、色彩饱和度及光谱宽度（FWHM）方面仍面临挑战。大多数传统的OLETs具有较宽的发光光谱，这限制了它们在高清显示和光通信中的应用。为了提高OLETs的性能，研究人员开始探索如何通过集成微腔效应来优化这些器件。微腔效应可通过引导光的多次反射和干涉，选择性地增强特定波长的光，从而显著缩小光谱宽度。

成果简介

基于此，中科院化学研究所董焕丽研究员与天津大学胡文平教授等人合作设计了一种新型的有机发光晶体管（OLET）策略，结合了多级微腔效应，实现了高效的窄光谱发射。该研究以“Organic light-emitting transistors with high efficiency and narrow emission originating from intrinsic multiple-order microcavities”为题，发表在《Nature Materials》期刊上。

作者简介

董焕丽，中国科学院化学研究所研究员、课题组长，国家杰出青年基金获得者、科技部重点研发计划首席科学家。2009年博士毕业于中国科学院化学研究所（师从胡文平研究员，朱道本院士），现任中国科学院化学研究所研究员。以通讯作者在Nat. Photonics, Nat. Rev. Mater., Sci. Adv., Adv. Mater./J. Am. Chem. Soc./Angew. Chem. Int. Ed./CCS Chem.等高水平期刊发表论文，被SCI引用2.2万余次。

胡文平，国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”创新领军人才，国家重点研发计划项目负责人，享受国务院特殊津贴专家，现任天津大学常务副校长，理学院教授、博士生导师。胡文平教授主要从事有机高分子光电功能材料的研究，在新型有机高分子光电功能材料的设计合成、凝聚态结构与性能的关系，光电器件的应用等方面开展了系统研究。发表SCI论文700余篇（IF>10.0的320余篇），包括Nature，Science及其子刊，Adv. Mater. ，J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem. Int. ，被SCI引用>46,000次。

研究亮点

1、研究通过集成多级微腔效应在OLETs中，在红、绿、蓝三个发射色域上实现了显著的光谱窄化，FWHM分别降低至18nm（红光）、14nm（绿光）和13nm（蓝光），这为高质量、高清晰度显示设备提供了新的技术方案。

2、通过使用全反射银镜（Ag）和半透明Yb/Mg-Ag合金作为顶电极，成功增强了光谱的稳定性，并提升了发光强度，使得OLETs在BT.2020色域下达到97%的覆盖率，展示了该器件在显示技术中的巨大潜力。

3、通过调节有机层厚度和优化器件结构，OLETs在高电流开关比（Ion/Ioff > 105）和低开机电压（低于3.5V）的条件下，展现出卓越的电气性能。

图文导读

图1 窄发射OLET的制备

图1详尽展示了本研究提出的内建多阶微腔有机发光晶体管（OLET）的整体设计概念与结构特性。图1a比较了传统2T1C驱动OLED像素结构与新型OLET的1T1C简化像素结构，显示出OLET在简化电路布局和集成度上的优势。传统OLED需两个薄膜晶体管（TFT）与一个储存电容，而OLET集发光与驱动功能于一体，仅需一个TFT和一个电容，显著减少器件复杂度。图1b展示了基于Ag或Si底电极构建的顶部发射型OLET像素结构，图中标明了不同功能层的堆叠布局，包括发光单元（LEU）、顶部耦合层（CPL）及内建微腔，整体构成有利于光的多次反射与共振增强。图1c通过光谱对比展示了Ag-OLET、Si-OLET与荧光光致发光（PL）之间的区别，结果表明OLET的电致发光（EL）明显更集中且强度更高，体现出微腔结构在光谱窄化和增强发光效率方面的作用。

图1d列出了本研究使用的六种关键发光材料，包括磷光材料如Ir(mphmq)₂tmd、Ir(piq)₂acac等，以及热激发延迟荧光材料如t-DABNA、tCzphB-Fl等，涵盖红、绿、蓝不同波段，体现该结构对多种材料的普适性。图1e至1g分别模拟了在不同空穴传输层（HTL）厚度下，红（Ir(mphmq)₂tmd）、绿（tCzphB-Fl）和蓝（t-DABNA）OLET的发射光谱。结果显示，随着HTL厚度的调控，OLET的发光波长和带宽均发生系统性变化，进一步验证了微腔长度对光谱调控的关键作用。

图2 窄发射红、绿、蓝OLET的电化学性能和光学性能

图2展示了OLETs在不同有机层厚度下的电化学性能与光学性能。图中详细显示了红、绿、蓝三种OLETs的电气转移曲线、电流-电压输出曲线以及亮度和电流效率的关系曲线。图2中a、d和g部分分别展示了在蓝色、绿色和红色发光材料下，OLETs的电气转移特性，这些特性表现为非常小的滞后现象，这意味着OLETs具有极低的缺陷态，保证了器件的良好性能。图2b、e和h进一步展示了这些OLETs的输出特性，其中表现出较高的电流效率和较低的驱动电压。图2c、f和i部分则展示了亮度和电流效率与亮度的关系曲线，这些曲线表明，随着亮度的增加，OLETs能够维持较高的电流效率和较窄的光谱，从而显示出其在高亮度下依然具有优异的性能。这些数据表明，OLETs能够在不同的工作条件下保持稳定的发光效率，并且在高亮度和高效率的条件下保持较小的光谱宽度，具有广泛的应用潜力。

图3 OLET的多阶微腔特性

图3展示了不同发光材料在OLETs中引入微腔效应后光谱的变化。图3a至c对比了红、绿、蓝三种发光材料（Ir(mphmq)2tmd、tCzphB-Fl和t-DABNA）在溶液状态下的光致发光（PL）谱和在OLET器件中的电致发光（EL）谱。

图中可以看到，在无微腔效应的情况下，材料的发光谱宽度较大，而在OLET器件中通过微腔效应的增强，光谱宽度显著缩小，证明了微腔效应在OLETs中的有效应用。图3d至f则展示了其他几种发光材料（如Ir(piq)2acac、Ir(ppy)2acac和DMAC-DPS）在OLETs中的光谱变化。对于这些发光材料，虽然它们在溶液中的光谱较宽，但在OLETs中也能通过微腔效应实现光谱的显著窄化。

通过对比这些数据，图3不仅验证了微腔效应对不同发光材料的普适性，还表明了该效应在提升发光效率和色彩纯度方面的巨大潜力。此外，图3g至i展示了在这些OLET器件中，红、绿、蓝光的荧光寿命（τ1）和磷光寿命（τ2）的变化，进一步证明了微腔效应对激子辐射衰变过程的影响，从而提升了OLET的发光效率。

图4 OLET器件的性能

图4对比了OLETs与三种不同类型的对比设备的性能，图4a展示了三种设备的架构：设备1为平面双端口设备，设备2为传统的顶部发光OLED配置，设备3则是通过增厚HTL层的设备。图4b展示了这些设备的电致发光谱，其中设备1没有任何电流放大，因此无法产生可见的发光；设备2和设备3通过不同的微腔设计，实现了光谱的窄化，但设备2的效果不如OLETs明显。图4c、d和e部分则分别展示了这些设备的FWHM值、电流效率（BI）和色坐标的对比数据。结果表明，OLETs相较于设备2和设备3，具有显著的光谱窄化效果，并且在亮度和色彩饱和度上也表现出了更高的效率。特别是OLETs的FWHM值大幅低于其他对比设备，显示出其在提高发光质量和色彩精度方面的突出优势。

总结展望

本研究表明，通过引入微腔效应，OLETs不仅能实现更窄的发光光谱，还能大幅提升发光效率和设备的整体性能。微腔效应有效地抑制了传统OLED和OLETs中的光谱宽化现象，推动了这些器件在高质量显示、光通信等领域的应用。通过进一步优化微腔结构，降低器件的制造成本，并探索更多适用的发光材料和结构配置，从而推动OLETs向更加高效、稳定的方向发展。

文献信息

Organic light-emitting transistors with high efficiency and narrow emission originating from intrinsic multiple-order microcavities. Nature Materials, https://doi.org/10.1038/s41563-025-02191-0.

来源：朱老师讲VASP