光输出增强型微腔OLED器件研究

摘 要：文章利用特制的玻璃作为OLED基板，一面为平整光滑的平面，另一面为具有规则凹凸形貌的粗化面。采用光输出增强型微腔OLED结构，器件结构为：玻璃基板(光面)/Al(15nm)/MoO3(40nm)/NPB(30nm)/Alq3(30nm):C545T(3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)，研究了器件的电流密度、亮度、发光效率、光致发光光谱等特性。结果表明，这种结构的器件相比于传统微腔型器件，相同电压下亮度约增加了40%，发光效率约提高了15%，具有更强的光萃取能力。

关键词： 光取出；微腔；有机电致发光；外量子效率

中图分类号：TN312+.8 　 文献标识码：B

Study of Enhancement of Emergent Light OLED with Micro-cavity

YUAN Tao-li, ZHANG Fang-hui, MA Ying, DING Lei, ZHANG Si-lu

(School of Electric and Information Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an Shaanxi 710021, China)

Abstract: In this paper, we used a special glass as the OLED substrate, which the one side surface of plane is smooth, the other side has rough rule of bump morphology. It has the configuration of Glass(smooth plane)/Al(15nm)/MoO3(40nm)/NPB(30nm)/Alq3(30nm):C545T(3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm), which is based on micro-cavity with optical output enhanced mode. The current density, luminance, luminance efficiency and EL spectra are analyzed detailed. The result shows that this kind of device, the luminance is increased by nearly 40% and the luminance efficiency is increased by nearly 15% at same voltage respectively, compared with that traditional microcavity device, therefore it could enhanced light outcoupling of OLED.

Keywords: light output; micro-cavity; OLED; external quantum efficiency

引　言

有机电致发光二极管（OLED）以其全固态、低电压驱动、色彩丰富、视角宽等特点[1]，被认为是最有潜力的平板显示技术。但是其距真正商业化还有诸多问题有待解决，比如发光效率、寿命、成本等都是国内外学者的研究重点。尤其是发光效率，理论上其内量子效率随着磷光材料的发展，可达到近乎100%，而外量子效率却由于器件结构本身及其材料只有20%[2-3]，绝大部分光子都由于材料的吸收和全反射效应耗散于器件内部，这不仅使得器件的发光效率无法大幅提高，而且光子在器件内部的存在也会使得有机材料容易老化而缩短寿命。因此，减少器件内部的光损耗、提高OLED器件外量子效率是非常重要的。

提高OLED发光效率常用的方法有微腔结构、增加介质层、改变表面结构等。R. H. Jordan[4]等采用微腔结构使得器件的外量子效率相比于传统结构提高了1.6倍；Shiang和Duggal[5]提出了散射层设计理论，出光率可增加40%；陈文彬[6]等提出了将OLED器件设计成圆台型以获得更高的外量子效率；Moelle[3]等人在ITO玻璃背面布置了微透镜阵列，使得器件的量子效率提高了50%。本课题组的邱西镇等[7]研究了玻璃基板的粗化对于器件的影响，结果表明，玻璃基板的粗化对于器件的外量子效率相比于传统器件并无提高，且发光面容易出现黑斑等缺陷。理论上，玻璃基板的粗化可增加载流子注入面积，且能够部分消除光波导效应而增加光子的输出，但从实验结果来看效果并不显著。本论文则采用一种微腔式光输出增强模式，即用一侧平整（光面）、一侧具有规则凹凸结构（粗面）的玻璃作为基底，在其光面制备电极和各功能层，粗面向外，不仅避免了粗化表面在内使得膜层易出现缺陷而出现黑斑的问题，同时又发挥了粗化表面提高光输出的作用，同时对其性能进行了研究。

1　实验

所制备的器件结构为：玻璃基板(光面)/Al(15nm)/MoO3(40nm)/NPB(30nm)/Alq3(30nm):C545T(3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)，为便于比较，采用两面平行的玻璃基板制备了传统结构的器件，即玻璃基板/Al(15nm)/MoO3(40nm)/NPB(30nm)/Alq3(30nm):C545T(3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)，两种器件分别称之为器件A和器件B。器件A结构如图1所示，玻璃基板粗面的凹凸结构分布规律及尺寸如图2俯视图和侧视图所示。凹凸结构呈近似圆锥形，底面直径约为0.7mm，高度约为0.1mm，形成行列阵列。其中，玻璃基板表面厚度为15nm的Al膜用作阳极，兼作光输出电极，MoO3和NPB分别为空穴注入和传输层，Alq3为电子传输层，LiF/Al为复合阴极。本实验所涉及的主要材料来源为：MoO3购于Sigma-Aldrich公司，NPB购于吉林奥来德光电材料股份有限公司，Alq3购于西安瑞联近代电子材料有限责任公司。