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近日，密歇根大學研究人員開發(fā)了一種新電極，這種新型電極可以讓OLED的光取出效率提升20%。這一取出效率的提升可以幫助延長智能手機和筆記本電腦等設備的電池壽命。 這種新型電極可以減少OLED所發(fā)光困在OLED的疊層中，讓OLED在較低功率情況下仍然保持高亮度。另一方面，這種新電極可以很好地融入現(xiàn)有的OLED顯示器和燈具等應用的制造工藝中。
“使用我們的方法，制造人員可以在同一個真空室中完成所有制造工藝，”密歇根大學電氣和計算機工程教授，同時也是該研究的通訊作者L. Jay Guo說道。
一般來說，在外界沒有做特殊處理時，OLED疊層中大約有80%光會抑制在器件內(nèi)部而不能夠被使用，這一問題的主要原因是一種稱為波導的效應。從理論上講，所有不是從垂直方向入射的光線都會部分地反射回OLED疊層，并在無數(shù)次反射后從器件側(cè)面?zhèn)鞒鲞M而損失。 實際上，損失光能中的大部分都發(fā)生在OLED發(fā)光器件兩側(cè)的電極之間。
目前最大的問題之一是源自發(fā)光材料和玻璃基板之間的透明電極，該電極通常由氧化銦錫 (ITO) 制成。據(jù)研究人員所說，在實驗室環(huán)境中，他們看見光線不是從顯示器正面發(fā)出，而是從OLED器件的側(cè)面發(fā)出。 “如果不做特殊處理，這是OLED疊層中最強的波導層，”Guo說，“我們的研究就是想從根本上解決問題。”
Guo的團隊將原來的ITO電極換成僅5納米厚的銀層，并進一步將它沉積在銅層上。通過這一方案的實施，研究人員既保留了這些材料的電極功能，又完全消除了傳統(tǒng)OLED疊層中的波導問題。
“在和實驗室條件不同的工業(yè)生產(chǎn)制程中，OLED有機會釋放多達40%以上的光線，這其中大部分都是通過將傳統(tǒng)氧化銦錫電極換成納米級透明銀層實現(xiàn)的，”論文第一作者和博士生 Changyeong Jeong說道。 作為對比，實驗室的設備相對簡單，很難看到這一數(shù)量的性能提升。
不過，即使光不再在OLED 疊層中因波導效應而傳輸，器件發(fā)出的光還是會被玻璃基板反射進而造成損失。在工業(yè)應用中，工程師有其他減少這種反射的方法——比如在玻璃基板表面上制作凸起結(jié)構(gòu)，或者添加網(wǎng)格圖案或粒子讓光線散射到整個玻璃基板中。 “實際情況是，已經(jīng)有一些研究人員通過使用具有特殊發(fā)射方向或圖案結(jié)構(gòu)的非常規(guī)材料提升OLED的光取出效率，這一數(shù)值提升達 34%，”Jeong說。
為了證明他們已經(jīng)消除了OLED發(fā)光材料中的光波導效應，Guo的團隊也不得不消除玻璃基板對光的捕獲。為此，他們使用一種與玻璃具有相同折射率的液體作實驗用，即所謂的折射率匹配流體——在該案例下是一種油。這種“折射率匹配”材料可以消除不同折射率材料之間的反射。
在這之后，研究人員繼續(xù)觀察實驗室條件下，OLED器件側(cè)面的發(fā)光情況。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)發(fā)光層的側(cè)邊幾乎完全黑了，反過來透過玻璃的光亮了大約 20%。 這一成果發(fā)表于《科學進展》，題為“通過完全消除波導模式解決有機發(fā)光二極管中的光捕獲”。
