如何提高OLED 的外量子提取效率

平板顯示技術(shù)（FDP）作為光電子技術(shù)的一個(gè)重要分支的應(yīng)用前景廣闊和巨大的市場(chǎng)需求而受到人們的廣泛關(guān)注。OLED（有機(jī)電致發(fā)光器件 Organic Electroluminescence Device）具有超輕薄、低能耗、廣視角、反應(yīng)時(shí)間快、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)被認(rèn)為是新一代顯示技術(shù)。 由于OLED不需要背光源、重量輕。對(duì)比度高、高速無閃爍以及全色彩顯示等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于手機(jī)、MP3數(shù)碼相機(jī)、電腦等中小型設(shè)備中。 微透鏡陣列作為一類重要的微光學(xué)器件，具有許多的光學(xué)性質(zhì)，通過調(diào)整形狀、焦距、排布、占空比等參數(shù)可以對(duì)入射光束進(jìn)行擴(kuò)散、整形。均勻、聚焦、成像等調(diào)制，實(shí)現(xiàn)特定的功能。微透鏡陣列是提高OLED外量子效率的一類重要方法，微透鏡陣列結(jié)構(gòu)不但不影響輻射光譜分布，而且還能有效抑制基底/空氣界面的全反射和波導(dǎo)效應(yīng)，提高OLED的外量子提取效率。而且微透鏡陣列還具有制作工藝成熟、易于實(shí)現(xiàn)集成和大幅面的優(yōu)點(diǎn)。

一般而言，描述OLED器件性能的參數(shù)有很多，如發(fā)射光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光色度和發(fā)光效率等，發(fā)光效率是最重要的性能指標(biāo)之一。由于OLED發(fā)光屬于電流驅(qū)動(dòng)（電子、空穴注入后發(fā)生復(fù)合），因此量子效率可以準(zhǔn)確描述OLED的發(fā)光性能。量子效率可又分為內(nèi)量子效率（Internal quantum efficiency）和外量子效率（external quantum efficiency），內(nèi)量子效率是在器件內(nèi)部由復(fù)合產(chǎn)生輻射的光子數(shù)與注入的電子空穴對(duì)數(shù)之比。由于OLED 器件是多層結(jié)構(gòu)，有機(jī)發(fā)光層發(fā)出的光經(jīng)過由波導(dǎo)效應(yīng)（waveguide）或再吸收而損失，在界面處還有一部分被反射。外量子效率是指在觀察方向，射出器件表面的光子數(shù)的比。外量子效率不但與所用材料的特性有關(guān)，還與器件的結(jié)構(gòu)等關(guān)系密切。器件的發(fā)光效率由其外量子效率來反映。

隨著新型材料的應(yīng)用，OLED的內(nèi)量子效應(yīng)已經(jīng)接近100%，然而受到基底/空氣界面全內(nèi)反射和有機(jī)波導(dǎo)效應(yīng)的作用，在玻璃/空氣界面，入射角大于臨界角的光繁盛全反射，30%的光在玻璃基底內(nèi)傳播而不能耦合到空氣中；50%的光在ITO有機(jī)層中以波導(dǎo)的模式傳播，因此OLED 外量子提取效率通常只能達(dá)到20%左右，這在很大程度上限制了OLED 的實(shí)際應(yīng)用。如何在不影響OLED 輻射光譜的的前提下提高其外量子提取效率成為研究熱點(diǎn)。 微透鏡的排列方式根據(jù)基底形式和有效占空比的需要可以有很多種，這里主要介紹兩種：正交排列和蜂窩排列。如下圖所示，微透鏡有效占空比，是指微透鏡所占面積與其整個(gè)陣列面積之比。正交排列的微透鏡陣列的占空比K可以表示為： ?

其中D為微透鏡的口徑，1為相鄰微透鏡之間的最小間隔。占空比的高低從某方面可以反映微透鏡陣列對(duì)入射光的利用率的高低。其值越大，則說明光能量能被微透鏡較好地會(huì)聚到焦點(diǎn)上，損失的光能就越小。如上圖所示，當(dāng)微透鏡口徑以及相鄰微透鏡之間的最小間隙相同時(shí)，(b)圖所示的蜂窩排列微透鏡的占空比比(a)圖所示的正交排列的占空比大。? 使用激光共聚焦顯微鏡（NS3500, Nanoscope Systems, 韓國）測(cè)量微透鏡的3D 和2D 輪廓，如下圖所示。?? 通過研究表明，采用相同口徑且間隔一致的微透鏡陣列時(shí)，在±40°的視角范圍內(nèi)，OLED 的外量子提取效率都增加了，相鄰微透鏡的間隔越小，即微透鏡的占空比越大，OLED 的相對(duì)輻射光強(qiáng)越大，垂直O(jiān)LED 基底方向的光強(qiáng)也越大。當(dāng)微透鏡緊密排列時(shí)，相同口徑和間隔的微透鏡陣列，蜂窩排列的微透鏡占空比比正交排列的占空比大，因此，貼附蜂窩排列微透鏡陣列的的OLED，在垂直基底方向的幅射光強(qiáng)較大，與不貼附微透鏡陣列時(shí)相比，最多可提高57%，而正交排列的微透鏡陣列最多可提高50.3%。