OLED照明器件為什麼需要光提取結構?

2020-11-22 騰訊網

在OLED器件中，注入發光層中的電子和空穴僅有部分可以結合成電子空穴對，這部分電子空穴對也只能部分地變成激子，並且這部分激子也只能部分地放出光子。我們把作為電子與空穴的注入平衡因子或結合率，把作為電子空穴對轉變成激子的比率，把q作為激子放出光子的比率。內部量子效率是指注入多少的載流子產生了多少光子的比率，即；而外部量子效率是指注入多少的載流子與最後能射出器件多少光子的比率，即，其中為出光率。也就是說，外部量子效率就是內部量子效率再乘以一個出光率。

一般情況下，由於離子體模式（Plasmonic Mode)、波導模式（Waveguide Mode)和襯底模式(Substrate Mode)這三種模式的出光損失，導致出光率較小(不到20%左右)，大部分的光被浪費掉了。

（1）離子體模式：一部分光受到等離子吸收而損失，以及金屬電極內的電子振動引發的等離子體耦合作用導致的光及收和光電磁場導致的光吸收。

（2）波等模式：一部分光在OLED有機材料層與玻璃層界處形成多重全反射而損失，無法從OLED器件內射出。

（3) 襯底模式：一部分光雖然從OLED有機材料層出射至玻璃層內，但是在玻璃層與大氣層交界處形成多重全反射而損失，無法從玻璃內射出。

為了減少這些損失，可以通過光提取結構設計來增加出光率。下面我們簡單介紹三種常用的OLED照明器件光提取結構，即微透鏡結構、擴散結構、衍射結構。

如圖1所示是微透鏡陣列結構示意圖。微透鏡結構的原理是將原本入射角大於臨界角的射線角度減小，從而使全反射減少，能夠出射的光增多。若使用折射率較小的高分子材料製作微透鏡，可以在與空氣的界面處得到較大的臨界角，同時可以改善視角。

擴散結構可以分為IES(Internal Extraction Structure,即內部提取結構)和EES(External Extraction Structure,即外部提取結構）擴散結構，它們都是一種光散射層。其中，IES擴散結構可以減少因波導模式效應損失的光，EES擴散結構可以減少因襯底模式效應損失的光。如圖2所示是IES與EES擴散結構示意圖。

如圖3所示是IES與EES擴散結構的亮度對比示意圖。在IES擴散結構下，波導模式中的光被提取出來，所以發光區域的亮度增高了。而在只有EES擴散結構下，由于波導模式引起的光損失，發光區域的亮度較低，大量的光在OLED器件中傳播開來，所以發光區域周圍變亮（其中有部分光被EES擴散結構提取至周圍區域）。表1是IES與EES擴散結構的測試數據。

如圖4所示是衍射結構示意圖。衍射結構採用柵格設計，搭配高折射率層。因為柵格間距要求，使相鄰柵格間的光程差等於單色光波長的整數倍。在多波長白光設計時，採用接近或小於可見光波長的柵格間距來對應，光會被散射開來，這時就與波長無關了。

上述光提取結構僅僅適用於OLED照明應用，不適用於OLED顯示應用，這是因為光提取結構的漫散射性質會引起圖像模糊和混色問題。

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