有机电致发光器件光提取技术研究

孙金岭

摘 要 本文重点介绍了影响有机电致发光器件（OLED）光提取效率的因素、OLED光提取技术的专利发展状况以及OLED光提取技术的典型结构。

关键词 OLED；光提取效率；外量子效率；光提取技术

中图分类号 TN7 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0118-01

有机电致发光器件（OLED），作为一种将电能转化为光能的器件，具有高亮度、易实现柔性显示以及自发光等多种优点，在照明和显示技术方面地位逐步提升，已成为热点研究方向。而OLED器件的外量子效率低下是当前不容忽视的一个问题，采用何种光提取技术以提高OLED器件的外量子效率，成为当今科学研究和产品开发的热门话题。

1 影响有机电致发光器件（OLED）光提取效率的因素

Pope等于20世纪60年代，将400伏特的直流电压加到了单晶蒽上面，产生了蓝色电致发光现象[1]，开启了OLED的研究热潮。1987年，邓青云博士研制成功的OLED器件[2]，具有双层结构，使OLED器件的驱动电压降低，光照度提高，外量子效率达到1%。之后，索尼研制出了用于销售的第一台OLED TV[3]，象征着OLED逐步产品化。OLED的发展越来越快，研究越来越多，对其出光效率的提升也越来越重视。

影响OLED光提取效率的因素可以从光子传输模式角度看，光子从OLED器件中产生后发生有外部模式、衬底模式、波导模式以及表面等离子体模式这4种传输模式[4]，其中外部模式是光子从基板成功出射的部分，为我们所期望的部分；而衬底模式、波导模式以及表面等离子体模式均为我们所不期望的部分，分别指被局限在衬底中的部分、被局限在高折射率区的部分以及由于表面等离子体模式造成的发光偶极子被金属层萃灭的能量损耗，上述模式均影响OLED的光提取效率。因此，传统的OLED器件的光提取效率很低，通过OLED光提取技术对OLED器件结构进行优化是十分必要的。

2 有机电致发光器件（OLED）光提取技术的专利发展状况

从全球申请量发展角度看，OLED光提取技术从20世纪90年代即开始出现，并不断发展。2001年以前，属于OLED光提取技术的萌芽期，申请量较少；2001—2004年的申请量明显超越前期水平，且在2001—2002年出现了一个飞速增长，这主要是由于三星在2001年推出了搭载全彩PM-OLED面板移动电话，引起了OLED技术研究的一大热潮。2005年至今，OLED光提取技术全球申请量稳步提升，属于OLED光提取技术的快速发展期，这一趋势与OLED器件在显示领域的地位是相适应的。整体来看，OLED光提取技术的研究热度高，发展稳健快速。

从全球申请人分布角度看，OLED光提取技术的重要申请人主要分布在韩国、日本、美国和中国，全球排在前的申请人依次为：三星、半导体能源、松下、LG、伊斯曼柯达、富士胶片、京东方。

3 有机电致发光器件（OLED）光提取技术的典型结构

OLED光提取技术主要有：通过散射改变光线的轨迹从而提高光提取的带有光散射结构的OLED光提取技术；通过半透明电极形成微腔来使发射光在腔中反复，来增强满足共振条件的光的微腔结构OLED光提取技术；通过设置反射结构来使得光线轨迹发生变化的OLED光提取技术；通过折射原理来提高光提取的微透镜结构以及通过插入低折射率层来提高光提取的其他光提取

技术。

散射结构的光提取技术的技术手段有：设置衍射光栅、涂布散射层以及结构化基底。衍射光栅型散射结构是在基片上制备周期性结构以直接形成衍射光栅，通过光栅结构增加散射，从而提高光提取效率，如专利JPH11283751A。涂布散射层的专利JP5195755B2公开的在玻璃基板上形成的包含玻璃的散射层，散射层包含对于透射光的至少一个波长具有第一折射率的基材和分散在基材中的许多散射物质，且对散射层表面的表面粗糙度有了一定限定的具有在维持表面平滑性的同时散射特性优良、具有所需折射率的散射层的透光性基板，从而提高光提取效率。结构化基底是指在OLED器件的基底上或直接将基底设置为特定的形状结构以使得基底表面粗糙化或结构化以散射出射光，改变光线的传播轨迹，从而提高光提取效率。

微腔OLED，是指包括位于两个具有30%以上反射率的反射镜之间的有机EL元件。在大多数情况下，反射镜中的一个基本上是不透明的，而另一个是半透明的，其光密度低于1.0。这两个反射镜形成法布里-珀罗谐振腔，存在微腔时，由于改变了激子的寿命以及量子效率，强烈地影响着OLED设备的发光特性，正面方向的光提取效率得到提高。相关专利如JP2009123404A、CN104332561A等。

反射结构光提取技术如专利JPH08167477A，在发光层3的侧面设置反射体8，通过光的反射提高了正面的光提取效率，而此时的反射结构的设置简单，光提取效率的增强效果并不顯著。专利US6125226A提出了一种台面结构形式的反光结构而使波导减少增加辐射输出，进一步优化了反射结构的形状和位置。随后的专利JP2011096668A等也涉及了相关技术。

OLED光提取技术的种类很多，如还有专利JP2931211B2公开的微透镜技术，通过在基板上设置微透镜阵列来改变光的原有的运行轨迹，增大局限在基底中的光的输出。专利JP2000072988A公开的插入硅土气凝胶低折射率层的光提取技术。专利CN104600205A公开的表面等离子体增强OLED器件，在OLED器件中插入银纳米颗粒层对器件通过发光层中激子与金属表面等离子体激元之间的能量传递来提高器件的出光效率等一系列光提取技术。

4 结论

本文分析了影响OLED光提取效率的主要因素，给出了OLED光提取技术的全球申请量变化趋势以及重要申请人分布，同时重点介绍了几种典型的光提取技术。基于OLED器件具有高亮度、易实现柔性显示以及自发光等这些优势，必将在照明显示技术中扮演重要的角色，其光提取技术的研究也将不断推进，以得到更高效能的OLED显示、照明器件。

参考文献

[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]刘源，—种电子设备及其显示方法[J].深圳华为通信技术有限公司，2010.

[4]文尚胜，等，有机光电子技术[M].广州：华南理工大学出版社，2013：124-126.endprint