有機電致發光器件光提取技術研究

孫金嶺

摘 要 本文重點介紹了影響有機電致發光器件（OLED）光提取效率的因素、OLED光提取技術的專利發展狀況以及OLED光提取技術的典型結構。

關鍵詞 OLED；光提取效率；外量子效率；光提取技術

中圖分類號 TN7 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0118-01

有機電致發光器件（OLED），作為一種將電能轉化為光能的器件，具有高亮度、易實現柔性顯示以及自發光等多種優點，在照明和顯示技術方面地位逐步提升，已成為熱點研究方向。而OLED器件的外量子效率低下是當前不容忽視的一個問題，采用何種光提取技術以提高OLED器件的外量子效率，成為當今科學研究和產品開發的熱門話題。

1 影響有機電致發光器件（OLED）光提取效率的因素

Pope等于20世紀60年代，將400伏特的直流電壓加到了單晶蒽上面，產生了藍色電致發光現象[1]，開啟了OLED的研究熱潮。1987年，鄧青云博士研制成功的OLED器件[2]，具有雙層結構，使OLED器件的驅動電壓降低，光照度提高，外量子效率達到1%。之后，索尼研制出了用于銷售的第一臺OLED TV[3]，象征著OLED逐步產品化。OLED的發展越來越快，研究越來越多，對其出光效率的提升也越來越重視。

影響OLED光提取效率的因素可以從光子傳輸模式角度看，光子從OLED器件中產生后發生有外部模式、襯底模式、波導模式以及表面等離子體模式這4種傳輸模式[4]，其中外部模式是光子從基板成功出射的部分，為我們所期望的部分；而襯底模式、波導模式以及表面等離子體模式均為我們所不期望的部分，分別指被局限在襯底中的部分、被局限在高折射率區的部分以及由于表面等離子體模式造成的發光偶極子被金屬層萃滅的能量損耗，上述模式均影響OLED的光提取效率。因此，傳統的OLED器件的光提取效率很低，通過OLED光提取技術對OLED器件結構進行優化是十分必要的。

2 有機電致發光器件（OLED）光提取技術的專利發展狀況

從全球申請量發展角度看，OLED光提取技術從20世紀90年代即開始出現，并不斷發展。2001年以前，屬于OLED光提取技術的萌芽期，申請量較少；2001—2004年的申請量明顯超越前期水平，且在2001—2002年出現了一個飛速增長，這主要是由于三星在2001年推出了搭載全彩PM-OLED面板移動電話，引起了OLED技術研究的一大熱潮。2005年至今，OLED光提取技術全球申請量穩步提升，屬于OLED光提取技術的快速發展期，這一趨勢與OLED器件在顯示領域的地位是相適應的。整體來看，OLED光提取技術的研究熱度高，發展穩健快速。

從全球申請人分布角度看，OLED光提取技術的重要申請人主要分布在韓國、日本、美國和中國，全球排在前的申請人依次為：三星、半導體能源、松下、LG、伊斯曼柯達、富士膠片、京東方。

3 有機電致發光器件（OLED）光提取技術的典型結構

OLED光提取技術主要有：通過散射改變光線的軌跡從而提高光提取的帶有光散射結構的OLED光提取技術；通過半透明電極形成微腔來使發射光在腔中反復，來增強滿足共振條件的光的微腔結構OLED光提取技術；通過設置反射結構來使得光線軌跡發生變化的OLED光提取技術；通過折射原理來提高光提取的微透鏡結構以及通過插入低折射率層來提高光提取的其他光提取

技術。

散射結構的光提取技術的技術手段有：設置衍射光柵、涂布散射層以及結構化基底。衍射光柵型散射結構是在基片上制備周期性結構以直接形成衍射光柵，通過光柵結構增加散射，從而提高光提取效率，如專利JPH11283751A。涂布散射層的專利JP5195755B2公開的在玻璃基板上形成的包含玻璃的散射層，散射層包含對于透射光的至少一個波長具有第一折射率的基材和分散在基材中的許多散射物質，且對散射層表面的表面粗糙度有了一定限定的具有在維持表面平滑性的同時散射特性優良、具有所需折射率的散射層的透光性基板，從而提高光提取效率。結構化基底是指在OLED器件的基底上或直接將基底設置為特定的形狀結構以使得基底表面粗糙化或結構化以散射出射光，改變光線的傳播軌跡，從而提高光提取效率。

微腔OLED，是指包括位于兩個具有30%以上反射率的反射鏡之間的有機EL元件。在大多數情況下，反射鏡中的一個基本上是不透明的，而另一個是半透明的，其光密度低于1.0。這兩個反射鏡形成法布里-珀羅諧振腔，存在微腔時，由于改變了激子的壽命以及量子效率，強烈地影響著OLED設備的發光特性，正面方向的光提取效率得到提高。相關專利如JP2009123404A、CN104332561A等。

反射結構光提取技術如專利JPH08167477A，在發光層3的側面設置反射體8，通過光的反射提高了正面的光提取效率，而此時的反射結構的設置簡單，光提取效率的增強效果并不顯著。專利US6125226A提出了一種臺面結構形式的反光結構而使波導減少增加輻射輸出，進一步優化了反射結構的形狀和位置。隨后的專利JP2011096668A等也涉及了相關技術。

OLED光提取技術的種類很多，如還有專利JP2931211B2公開的微透鏡技術，通過在基板上設置微透鏡陣列來改變光的原有的運行軌跡，增大局限在基底中的光的輸出。專利JP2000072988A公開的插入硅土氣凝膠低折射率層的光提取技術。專利CN104600205A公開的表面等離子體增強OLED器件，在OLED器件中插入銀納米顆粒層對器件通過發光層中激子與金屬表面等離子體激元之間的能量傳遞來提高器件的出光效率等一系列光提取技術。

4 結論

本文分析了影響OLED光提取效率的主要因素，給出了OLED光提取技術的全球申請量變化趨勢以及重要申請人分布，同時重點介紹了幾種典型的光提取技術?；贠LED器件具有高亮度、易實現柔性顯示以及自發光等這些優勢，必將在照明顯示技術中扮演重要的角色，其光提取技術的研究也將不斷推進，以得到更高效能的OLED顯示、照明器件。

參考文獻

[1]M.Pope，等.Electroluminescence in organic crystals[J].Chem.Phys，1963（38）.

[2]N.C.Greerdaam，等.Efficient light-emitting diodes based on polymers with high electron affinities[J].Nature，1993（365）.

[3]劉源，—種電子設備及其顯示方法[J].深圳華為通信技術有限公司，2010.

[4]文尚勝，等，有機光電子技術[M].廣州：華南理工大學出版社，2013：124-126.endprint