有機材料由于其躍遷的非均勻展開及邊帶振動，致使 OLED 發光光譜一般比較寬，半高寬（FWHM）通常在 100nm 以上，影響器件發光的色純度，不利于彩色顯示。

人們不斷嘗試采用不同的方法來解決這一問題：使用濾色鏡；采用窄帶發光材料；采用微腔結構。光學微腔是把發光區置于一個全反射膜和半反射膜構成的諧振腔內，由于有機發光器件的厚度可與光波長相當，半透明復合陰極可看成半反射膜，再加上全反射陽極,因而器件具有微腔效應。

從有機發光層（EL）產生的一些光穿過半透明陰極并進入我們的眼睛，而其余的則被反射回來。 經過許多研究，以最大程度地使由金屬材料制成的陰極盡可能透明，會發現光量比無條件地增加透明度釋放的更多，這就是微腔效應。

當光的共振頻率與反射光的共振頻率相匹配時，比原始發射光強約1.5至2倍的強光通過陰極。 想理解微腔效應，我們就得先了解以下它的基礎原理—共振。

共振現象

當然，共振原理的基礎——干涉原理。 波動相遇并重疊時，兩條波動合在一起，振幅可能會比原來的波動更大或更小，這種現象稱為“波動干涉”。

上圖（左）的兩條波動相遇后振幅（橫向）變大，因此稱為“相長干涉”； 上圖（右）的兩條波動相遇后振幅反而變小，因此稱為“相消干涉”。 這種波動同樣適用于光。

因此，將相長干涉原理適用于光，可以得到更強的光，也就是更亮的光。 雖然我們用肉眼無法看見，但是一切物體都有著“固有振動數”，而且每種物體具有吸收與其固有振動數相應的頻率或波動的性質。

“共振（resonance）”是指，當物體的固有振動數與外力的振動數相同時，物體自然地開始振動，振動速度和壓力等增大的現象，也稱“共鳴”現象。

利用共振現象的OLED結構

來自EML層的光，在OLED器件內部的不同界面進行投射和反射，這時候會出現復雜的干涉現象。

向下擴散的光碰到Anode的金屬層之后，向上反射，向上擴散的光碰到Cathode。 如果是頂部發光器件，光到達我們眼睛的方向為朝上。

從光的角度來看，Cathode類似于半透明反射膜。 因此，光到達Cathode之后，一部分光向外投射出去，還有一部分光再次反射并往下走。

這些反射光互相干涉，引起相長干涉，產生共振現象. 為了形成與發光物質的固有振動數相同的共振頻率（振動），應考慮發光材料的光學性能，在器件結構開發階段就要根據光的波長進行縝密設計。

若要產生光的相長干涉，需要形成相應的共振厚度，利用OLED和外部的多種疊層膜的厚度，可以形成共振厚度。

也就是說，使有機層的厚度與膜的厚度相同，形成最佳共振頻率，從而引起該發光物質共振有機層的厚度很薄，不足0.1-0.5μm，在可見光波長范圍（380nm（Blue）-780nm（Red））出現各種共振現象。

通過這種方式，可以將光效率提高約1.5倍至2倍。

利用干涉和共振的自然現象，可以調節發光物體的厚度、折射率和反射率，改善所需波長的光學特性或畫質特性，而OLED充分利用了這個原理。

由于這種現象，需要在小區域內發出盡可能明亮的光的中小型OLED可以顯著提高光效率。

微腔效應

微腔器件總光學厚度以及微腔發光波長峰值滿足以下關系式:

這里L是微腔總光程。

Фij是光分別在陽極與陰極反射面的相移之和，nidi分別是ITO和有機層的折射率、厚度，m是模的級數，λm為級數為m的模的波長.

由上面公式可知，如果改變腔的光學厚度L，則可以改變腔的模m的位置，從而改變微腔器件的發射波長λm. 微腔效應的強弱常通過半高寬(FWHM)來衡量,半高寬可大致滿足

R1,R2分別為兩個反射面的反射率,λmax為峰值波長,L為總光程. 由式可知,在反射率R1,R2不變的情況下,半高寬將隨著峰值波長λmax的增大而增加。

通過設計不同的諧振波長,可以得到不同顏色波長的發射. 光通過諧振腔發射出來,使得光能得到加強,光譜得到窄化,因而得到很好的色飽和度.

OLED微腔效應舉證

舉例一:

以CuPc(12 nm) NPB(40 nm) Alq(40 nm)為發光層,制備了微腔結構頂發射有機發光器件,與相同發光層結構的傳統底發射器件作為對比器件。

通過增加光程調節層ITO的厚度從180nm，190nm，210nm到240 nm,分別得到了500nm，516nm，536nm和584nm不同發光峰值的發射波長,半高寬分別為20nm,22nm,22nm和40nm.

如圖中虛線所示,Alq基傳統器件的發光峰值為535nm,半高寬為100 nm左右. 這一現象可由微腔效應得到合理解釋: 由于半透明陰極Al Ag具有一定的光反射率,因此,在它與全反射層Ag之間就形成了微腔結構,一定波長的光將在微腔內得到加強和窄化.

由于ITO的折射率為2.2,較有機層的1.6~1.7大,所以其對微腔光程的影響也較為明顯.

因此我們用ITO作為光程調節層得到了較為明顯的效果,隨著ITO厚度改變,相當于微腔總光程改變, 由微腔公式可知,此時發光峰值波長也會相應改變, 因此,雖然Alq本身的發光峰值為535nm,我們得到了500nm到584nm不同峰值的發光.

隨著光程調節層ITO的厚度從180nm增加到240nm,半高寬從20nm增加到40nm. 器件的發光性能如下表所示:

由上表可知,隨著ITO的厚度變化,器件的電流效率發生較大的變化,這是由于發光峰值的不同而引起, 當發光峰值為536 nm時,由于Alq本身的發光在535 nm附近最強,因此經過微腔諧振后頂發射器件效率較高, 而離Alq本身的發光峰值535 nm較遠時,由于Alq本身的發光較弱,因此經過微腔諧振后頂發射器件的效率也較低。

舉例二:為了驗證以上結論,我們又以 CuPc(12nm),NPB(50nm),TBADN∶TBPe(30 nm),Alq(20 nm) 為發光層,制備了微腔結構的頂發射有機發光器件,同時以相同發光層結構的傳統底發射器件作為對比器件. 結果如圖所示.

由于器件具有微腔結構,因此器件半高寬明顯減小; 當改變調節層ITO的厚度,總腔長改變時,可得到了不同發光峰值的器件. ITO厚度從155nm到增加到210nm,發光峰值分別從464nm變化到532nm.

器件的半高寬隨著峰值波長的增加而呈增大趨勢,從17nm到增加到21 nm. 如圖虛線所示,傳統器件的發光峰值為464nm,半高寬為65nm左右,因此證明用微腔結構可實現同一發光層制備出不同發射波長的頂發射有機發光器件,發光光譜得到窄化,器件色度得到提高.

當ITO厚度為155nm時,可得到發光峰值為464nm,色坐標為x=0.141,y= 0.049的深藍色頂發射器件. 器件的發光性能如表所示.

微腔效應對頂發射器件顏色的影響,通過調節光程,實現了用同一種有機發光層制備出不同波長的發射.

文末留一個小問題:

我們說的微腔效應都是在于頂發射,為什么底發射就不會有呢?

審核編輯 ：李倩