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微透镜阵列(MLA)薄膜在OLED中的应用

发布时间:2022-10-24      点击次数:176

平板显示技术(FDP)作为光电子技术的一个重要分支的应用前景广阔和巨大的市场需求而受到人们的广泛关注。OLED(有机电致发光器件 Organic Electroluminescence Device)具有超轻薄、低能耗、广视角、反应时间快、节能、环保、寿命长等特点被认为是新一代显示技术。

由于OLED不需要背光源、重量轻。对比度高、高速无闪烁以及全色彩显示等优点,已应用于手机、MP3数码相机、电脑等中小型设备中。

微透镜阵列作为一类重要的微光学器件,具有许多的光学性质,通过调整形状、焦距、排布、占空比等参数可以对入射光束进行扩散、整形。均匀、聚焦、成像等调制,实现特定的功能。微透镜阵列是提高OLED 外量子效率的一类重要方法,微透镜阵列结构不但不影响辐射光谱分布,而且还能有效抑制基底/空气界面的全反射和波导效应,提高OLED 的外量子提取效率。而且微透镜阵列还具有制作工艺成熟、易于实现集成和大幅面的优点。

一般而言,描述OLED器件性能的参数有很多,如发射光谱、发光亮度、发光色度和发光效率等,发光效率是最重要的性能指标之一。由于OLED 发光属于电流驱动(电子、空穴注入后发生复合),因此量子效率可以准确的描述OLED的发光性能。量子效率可又分为内量子效率(Internal quantum efficiency)和外量子效率(external quantum efficiency),内量子效率是在器件内部由复合产生辐射的光子数与注入的电子空穴对数之比。由于OLED 器件是多层结构,有机发光层发出的光经过由波导效应(waveguide)或再吸收而损失,在界面处还有一部分被反射。外量子效率是指在观察方向,射出器件表面的光子数的比。外量子效率不但与所用材料的特性有关,还与器件的结构等关系密切。器件的发光效率由其外量子效率来反映。

随着新型材料的应用,OLED 的内量子效应已经接近100%,然而受到基底/空气界面全内反射和有机波到效应的作用,在玻璃/空气界面,入射角大于临界角的光繁盛全反射,30%的光在玻璃基底内传播而不能耦合到空气中;50%的光在ITO有机层中以波导的模式传播,因此OLED 外量子提取效率通常只能达到20%左右,这在很大程度上限制了OLED 的实际应用。如何在不影响OLED 辐射光谱的的前提下提高其外量子提取效率成为研究热点。

微透镜的排列方式根据基底形式和有效占空比的需要可以有很多种,这里主要介绍两种:正交排列和蜂窝排列。如下图所示,微透镜有效占空比,是指微透镜所占面积与其整个阵列面积之比。正交排列的微透镜阵列的占空比K可以表示为

OLED 占空比公式.png



其中D为微透镜的口径,1为相邻微透镜之间的最小间隔。占空比的高低从某方面可以反映微透镜阵列对入射光的利用率的高低。其值越大,则说明光能量能被微透镜较好地会聚到焦点上,损失的光能就越小。如上图所示,当微透镜口径以及相邻微透镜之间的最小间隙相同时,(b)图所示的蜂窝排列微透镜的占空比比(a)图所示的正交排列的占空比大。

使用激光共聚焦显微镜(NS3500, Nanoscope Systems, 韩国)测量微透镜的3D 2D 轮廓,如下图所示

 

OLED MLA 02.png

结论

通过研究表明,采用相同口径且间隔一致的微透镜阵列时,在±40°的视角范围内,OLED 的外量子提取效率都增加了,相邻微透镜的间隔越小,即微透镜的占空比越大,OLED 的相对辐射光强越大,垂直OLED 基底方向的光强也越大。当微透镜紧密排列时,相同口径和间隔的微透镜阵列,蜂窝排列的微透镜占空比比正交排列的占空比大,因此,贴附蜂窝排列微透镜阵列的的OLED,在垂直基底方向的幅射光强较大,与不贴附微透镜阵列时相比,最多可提高57%,而正交排列的微透镜阵列最多可提高50.3%


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