CINNO Research 产业资讯，近日，《Scientific Reports》期刊重磅刊发了韩国庆熙大学信息显示系Min Chul Suh教授团队的最新研究成果。该团队研发的 “纳米多孔膜（NPF）+ 折射率匹配光学透明树脂（OCR）” 纳米纹理光调制技术，成功攻克顶发射微腔 OLED（TEOLED）长期存在的效率瓶颈与角度色偏难题。实测多个方面数据显示，采用该技术的柔性 TEOLED 器件外量子效率（EQE）从 8.5% 飙升至 31.6%，提升幅度高达 370%，角度色偏（Δu′v′）从 0.046 降至 0.016，降低 65.2%，同时在反复弯曲等机械应力下保持稳定性能。这一里程碑式突破为折叠屏、可穿戴设备、大面积显示等下一代终端OLED产品带来新的开发路径。
图1 a.参考文献中柔性OLED三维FDTD散射场仿真结果；b. 所制备OLED器件的电流密度-电压-亮度曲线；c. 所制备OLED器件的电流效率-亮度-功率效率曲线；d. 所制备OLED器件的归一化PL光谱图；e. 参考文献中柔性OLED的角度色散相关色坐标偏移；f. 参考文献中柔性OLED的朗伯发光特性曲线图
在显示技术迭代浪潮中，有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）凭借超薄形态、高对比度、毫秒级响应速度和卓越的机械柔性，已成为智能手机、智能手表、折叠终端等产品的核心显示方案。其中，顶发射 AMOLED（TEOLED）通过将发光方向脱离基板束缚，不受底层背板布线影响，实现了更高的开口率，在 4K/8K 超高清显示、微型可穿戴设备等高端应用中具备无法替代的优势，被业内公认为下一代显示技术的核心发展方向。
然而，TEOLED 的微腔结构与生俱来存在致命缺陷。其反射底电极与半透明顶电极之间形成的法布里 - 珀罗（Fabry-Pérot）型微腔，虽能通过共振放大效应选择性增强特定波长光线，提升色纯度并窄化发射光谱，但会导致发射光谱呈现强烈的角度依赖性。随着观看视角变化，光程长度发生改变，引发明显的光谱偏移，尤其是斜视角下的蓝移现象，极度影响多用户共享场景和大尺寸显示的视觉体验。这一问题在折叠、卷曲、拉伸等新型显示产品中更为突出，成为制约行业发展的关键瓶颈。
与此同时，传统光提取技术难以兼顾效率与稳定性。纳米多孔膜（NPF）作为潜在解决方案，虽能通过散射波导模式、耦合捕获光线来促进朗伯型发射，缓解角度色偏，但传统制备工艺存在很明显短板。雾辅助旋涂法制备的 NPF 表面存在不规则凹形半球形空隙，导致大量漫反射背散射，造成光损失；更关键的是，当 NPF 应用于底发射 OLED（BEOLED）时，易受水分、氧气侵蚀而降解，且空气填充的纳米孔与玻璃基板之间的折射率失配会抵消其光提取优势，导致实际应用效果大打折扣。
行业迫切地需要一种能够同时突破效率瓶颈、解决角度色偏、兼容柔性形态的一体化技术方案。庆熙大学 Min Chul Suh 教授团队的研究正是针对这一核心痛点，通过材料创新与结构设计的深层次地融合，实现了 OLED 显示技术的跨越式升级。
图 2 a. 基于NPF的TEOLED的制备流程；b. OCR层NPF表面形貌的SEM图像；c. OCR层NPF表面形貌的SEM图像；d~f. 不同孔径NPF及复合膜的横截面电场散射模式三维FDTD仿真图；g~h. NPF的离子电导显微镜分析图
为破解 TEOLED 的固有难题，研究团队提出了结构工程化的光学设计策略，核心在于创新性地将纳米多孔膜（NPF）与折射率匹配光学透明树脂（OCR）相结合，通过优化器件结构布局，构建 “NPF+OCR” 协同作用体系，实现光提取效率与角度稳定性的双重提升。
团队摒弃了将 NPF 直接沉积在 OLED 器件有源层上的传统做法，转而采用倒置层压架构：将 NPF 制备于封装玻璃的内表面，随后旋涂紫外固化型折射率匹配 OCR（n=1.56），填充 NPF 表面的凹形空隙。这一设计实现了双重技术突破：一方面，OCR 有效平整了 NPF 的表面形态，减少了界面散射造成的光损失；另一方面，NPF 内部的纳米孔结构得以完整保留，持续发挥角度光重分布功能。
更重要的是，TEOLED 结构为 NPF 提供了天然的环境保护屏障，避免了水分和氧气对材料的侵蚀。同时，OCR 与 NPF、封装玻璃之间形成良好的折射率匹配，最大限度降低了反射损耗，使 NPF 的散射效应得到充分释放。对比实验显示，传统 NPF 因表面折射率接近空气（n=1），与封装玻璃（n=1.5）存在显著折射率失配，导致超过 25% 的效率损失，而新设计通过 OCR 填充完全解决了这一行业痛点。
图3 a. 有无OCR填充的NPF的光学显微镜形貌表征图；b. 基于NPF TEOLED结构示意图及光提取光路图；c. 无OCR层与有OCR层的NPF TEOLED器件横截面电场散射模式的三维FDTD仿真图；d. 所有仿真器件的总功率流幅值对比图
研究团队通过雾辅助旋涂工艺制备高性能 NPF，采用醋酸纤维素丁酸酯（CAB）的氯仿溶液形成多孔基质，在旋涂过程中精准引入水蒸气，使固化后的聚合物膜形成均匀的纳米级空隙网络。为实现最佳光提取效果，团队系统优化了关键制备参数：将聚合物浓度调整为 8wt%，旋涂速度控制在 2000rpm，最终获得厚度约 1μm 的 NPF 薄膜，其内部形成均匀分布的纳米孔隙结构。
3D 有限差分时域（FDTD）模拟和实验测试均证实，NPF 的孔径大小对散射效率具有决定性影响。其中，300-500nm 的小孔径 NPF 表现出最高的全向散射光强度，而 1-2μm 和 3-5μm 的大孔径 NPF 散射效果显著减弱，充分验证了小孔径结构在光提取中的技术优势。激光共聚焦显微镜（LICM）表征进一步显示，NPF 表面的多孔结构为光散射提供了理想的物理基础，其深度和空间分布均匀性达到最优状态。
折射率匹配光学透明树脂（OCR）在该技术体系中扮演着多重关键角色。除了填充 NPF 表面空隙、平整表面形态外，OCR 还能有效消除封装玻璃与 OLED 之间的空气间隙，避免全反射造成的光 trapping 现象。实验多个方面数据显示，OCR 填充后，器件的总透光率（T.T）从 82.1% 提升至 94.9%，平行透光率（P.T）从 32.9% 提升至 70.7%，同时雾度从 59.8% 降至 25.5%，实现了透光性能与散射效果的完美平衡。
此外，OCR 的紫外固化特性使器件组装过程更高效，且与柔性基板具备良好的兼容性。团队采用模块化设计思路，NPF 散射基板可独立于 OLED 器件堆叠进行大规模生产，随后通过层压工艺与器件集成，不仅提高了生产良率，更避免了直接沉积对有机层造成的损伤，为柔性显示产品的批量生产提供了可行路径。
图4参考OLED器件的结构设计及EL性能曲线：a~c. 流密度-电压-亮度曲线图、电流效率-亮度-功率效率曲线图及归一化EL光谱图；d~f. 3种参考OLED器件的角度依赖的电致发光光谱等高线图；g. 本研究方案相对于参考OLED器件的角度色散特性对比曲线图；h. 本研究方案相对于参考OLED器件的朗伯发光特性曲线；i. 经光耦合因子校正后的所有OLED器件的EQE对比图
为满足可穿戴设备的应用需求，团队对技术方案进行了柔性化适配。实验证实，该结构与柔性基板完美兼容，在弯曲状态下仍能保持稳定的光学和机械性能。有限元分析（FEA）模拟显示，柔性器件可承受高达 8000MPa 的临界应力，在 0%-100% 弯曲范围内保持结构完整性；实测中，器件在反复弯曲后未出现裂纹或性能衰减，完全满足可穿戴设备的使用要求。
经过系统的实验验证和模拟分析，基于 “NPF+OCR” 技术的 TEOLED 器件在核心性能指标上实现了跨越式提升，全面超越传统参考器件，展现出强大的技术优势。
在电致发光（EL）性能测试中，采用该技术的 Device 2 器件表现尤为突出：在 6V 驱动电压下，电流密度达到 23.1mA/cm²，明显高于传统参考器件的 19.3mA/cm²；电流效率（CE）达到 161.1cd/A，功率效率（PE）达到 141.7lm/W，相比以往数据（CE=146.6cd/A，PE=125.1lm/W）分别提升 9.9% 和 13.3%；经过朗伯校正因子（LCF）修正后的外量子效率（EQE）从以往的 8.5% 飙升至 31.6%，提升幅度高达 370%，创下同类器件的效率纪录。
光谱测试显示，Device 2 的发射峰值波长为 527nm，半高宽（FWHM）为 30nm，既保持了微腔结构的高色纯度，又通过 NPF 的散射作用避免了光谱过窄导致的角度依赖性问题。相比之下，传统参考器件的峰值波长为 535nm，FWHM 为 30nm，但角度色偏严重，不足以满足实际应用需求。
图5 a~d. 所有制备的TEOLED的谐振衰减特性三维FDTD仿真图；e~f. 所有制备的TEOLED器件的品质因数对比图
角度依赖测试是该技术的核心优势所在。传统 TEOLED 在 - 60° 至 60° 视角范围内，峰值波长蓝移可达 22nm，即使添加 OCR ，OLED的峰值波长还是存在 19nm 的蓝移。而基于 NPF+OCR 技术的 Device 2，在相同视角范围内的峰值波长蓝移仅为 10nm，角度色偏（Δu′v′）降至 0.016，较参考器件降低 65.2%，实现了近乎完美的全视角色彩一致性。
更重要的是，该器件的发光分布接近理想朗伯分布，在全视角范围内保持均匀的亮度和颜色表现。3D FDTD 模拟显示，NPF 的散射作用使光场在 x-z 平面内均匀分布，而 OCR 的折射率匹配逐步提升了光取出效率，形成全向发射特性。这一特性完全解决了柔性显示、大面积显示中离轴可视性差的行业痛点，为多场景应用提供了技术保障。
为验证柔性应用潜力，研究团队制备了柔性版本的 Device 3，并进行了全面的机械性能测试。实验结果为，该器件在 7V 驱动电压下，100% 弯曲时亮度几乎无变化；经过 400 次弯曲循环后，仅出现轻微亮度衰减，证实了其优异的机械柔韧性和耐用性。
实际应用演示中，该柔性器件可轻松贴合人体皮肤，或卷绕在筷子等曲面载体上，仍保持稳定的发光性能，完全满足智能手表、AR 眼镜等可穿戴设备的使用上的要求。角度依赖测试进一步证实，柔性状态下器件的角度色稳定性与刚性器件一致，为柔性显示产品的商业化提供了关键支撑。
该技术具备非常显著的成本优势。据估算，制备 25cm² 的纳米多孔膜（NPF）原材料成本不足 0.1 美元，核心材料为醋酸纤维素丁酸酯、氯仿等常见化学品，无需昂贵的特种材料或复杂光刻工艺。相比之下，传统光提取技术如微透镜阵列、光子晶体等，依赖高精度光刻和特别的材料，成本居高不下，难以实现大规模应用。
此外，该技术采用模块化生产模式，NPF 散射基板可独立制造，再通过层压工艺与 OLED 器件集成，兼容现有 OLED 生产线，无需大规模设备改造，逐步降低了产业化门槛。这种 “高性能 + 低成本” 的组合优势，为技术的快速商业化奠定了坚实基础。
图6 a. 参考OLED器件3在0%~100%弯曲应变下的FEA仿真图；b. 参考OLED器件3在0%~100%弯曲应变下的实物拍摄图；c. 参考OLED器件3在人体手部的贴合展示图及卷绕于筷子上的柔韧性演示图；d~f. 参考OLED器件3的亮度-弯曲应变百分比关系曲线图及亮度-弯曲循环次数关系曲线图
该研究通过系统的理论分析和实验验证，深入揭示了纳米纹理结构与折射率匹配协同作用的光调制机制。Q 因子分析表明，NPF 的散射作用降低了光在微腔中的相干性，使发射光谱适度展宽，从而抑制角度色偏；而 OCR 的折射率匹配则增强了光共振，提升了器件效率。这种对光 - 物质相互作用的精准调控，为有机光电子器件的光学设计提供了新的理论指导。
3D FDTD 模拟与实验结果的高度吻合，进一步验证了该技术的科学性和可靠性。模拟不仅预测了器件的光场分布、功率流变化和角度依赖特性，还为结构参数优化提供了关键依据，体现了理论与实验相结合的研究范式优势，为相关领域的研究提供了重要借鉴。
该技术的应用场景不仅局限于消费电子领域，还将拓展至车载显示、医疗显示、户外大屏等多个领域。在车载显示中，全视角色彩稳定性可满足驾驶员和乘客的不同观看需求；在医疗显示中，高分辨率和色准确度有助于医生进行精准诊断；在户外大屏中，高亮度和角度稳定性可提升多人共享场景的视觉体验。
研究团队表示，该技术目前已在绿光 TEOLED 中得到验证，下一步将拓展至红光、蓝光器件，并探索其在量子点 OLED、钙钛矿 OLED 等新型显示技术中的应用。未来，通过材料体系的持续优化和结构设计的进一步升级，有望实现更高效率、更优稳定性的 OLED 显示器件，为显示产业开辟新的发展空间。
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