高折射率波導(dǎo)層是如何與透明頂發(fā)光OLED器件底層的粗糙電介質(zhì)漫反射層一起

密歇根大學的研究人員之前一直在改進他們以前開發(fā)的基于微透鏡的光提取效率提升方法，而現(xiàn)在，他們正在研究放棄這種微透鏡陣列法。他們通過另一種實施更簡單的方案——增加電介質(zhì)漫反射層，展示了更高的OLED光提取效率。

他們在ACS Photonics期刊上發(fā)表了題為“有機發(fā)光器件（OLED）使用光散射介質(zhì)層實現(xiàn)光束的高效外耦合”的論文。這篇論文詳細介紹了高折射率波導(dǎo)層是如何與透明頂發(fā)光OLED器件底層的粗糙電介質(zhì)漫反射層一起，在不改變光束對波長和視角依賴性的前提下消除等離子體模式（Plasmonic mode）、波導(dǎo)模式（Waveguide mode）和襯底模式（Substrate mode）的光損失。

圖示：堆疊在漫反射層頂部的PHOLED（磷光OLED），將光反射回到觀察方向（紅色區(qū)域示意遵循朗伯分布的漫反射光束）；發(fā)射錐中的光束被反射回觀察方向（綠色錐形區(qū)域示意）

在這項研究中，作者用蒸鍍在聚四氟乙烯（PTFE，鐵氟龍）漫反射層上的一層240um厚的透明氧化銦錫（ITO）取代傳統(tǒng)頂發(fā)光OLED底部的金屬電極，鐵氟龍散射層本身由20μm厚的Al鏡面支撐。平坦化的高折射率（折射率 = 1.8）聚合物平板波導(dǎo)（Planarization Layer）覆蓋在上述粗糙的漫反射層上，以便在其上形成光滑表面以制造OLED，同時這層高折射率聚合物還能幫助光束最大化耦合到散射層中。

與類似使用金屬鏡面的OLED器件相比，這種新的方法被證明可以將外部量子效率從15±2％提高到37±4％，提升幅度達250％。

OLED發(fā)光層發(fā)出的光或者從頂部表面直接向觀察者方向射出，或者向下進入到波導(dǎo)層并在其中傳播，直到被粗糙的漫反射面反射，進而形成滿足朗伯分布的反向（觀察者反向）光束。這些反射回朗伯分布的光束中，并滿足其光需求；處于發(fā)射錐外的部分不會進入觀察方向被看到，而是以大于聚合物——空氣界面處的全反射的角度返回回漫反射層中，并進行另一輪散射。

在運行模擬程序時，作者還聲稱可以進一步優(yōu)化這種對波長和視角獨立的光束外耦合結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)使用傳統(tǒng)的金屬鏡面3.4倍的光提取效率。