高折射率波導層是如何與透明頂發光OLED器件底層的粗糙電介質漫...

2020-11-23 電子發燒友

高折射率波導層是如何與透明頂發光OLED器件底層的粗糙電介質漫反射層一起

李倩 發表於 2018-07-25 10:07:27

密西根大學的研究人員之前一直在改進他們以前開發的基於微透鏡的光提取效率提升方法，而現在，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期刊上發表了題為「有機發光器件（OLED）使用光散射介質層實現光束的高效外耦合」的論文。這篇論文詳細介紹了高折射率波導層是如何與透明頂發光OLED器件底層的粗糙電介質漫反射層一起，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（紅色區域示意遵循朗伯分布的漫反射光束）；發射錐中的光束被反射回觀察方向（綠色錐形區域示意）

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）取代傳統頂發光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（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製造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發光層發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層並在其中傳播，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，並滿足其光需求；處於發射錐外的部分不會進入觀察方向被看到，而是以大於聚合物——空氣界面處的全反射的角度返回回漫反射層中，並進行另一輪散射。

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

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