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近日，密歇根大學(xué)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(zhǎng)智能手機(jī)和筆記本電腦等設(shè)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(yīng)用的制造工藝中。
“使用我們的方法，制造人員可以在同一個(gè)真空室中完成所有制造工藝，”密歇根大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程教授，同時(shí)也是該研究的通訊作者L. Jay Guo說(shuō)道。
一般來(lái)說(shuō)，在外界沒有做特殊處理時(shí)，OLED疊層中大約有80%光會(huì)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(dǎo)的效應(yīng)。從理論上講，所有不是從垂直方向入射的光線都會(huì)部分地反射回OLED疊層，并在無(wú)數(shù)次反射后從器件側(cè)面?zhèn)鞒鲞M(jìn)而損失。 實(shí)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(shuō)，在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的波導(dǎo)層，”Guo說(shuō)，“我們的研究就是想從根本上解決問題。”
Guo的團(tuán)隊(duì)將原來(lái)的ITO電極換成僅5納米厚的銀層，并進(jìn)一步將它沉積在銅層上。通過這一方案的實(shí)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(dǎo)問題。
“在和實(shí)驗(yàn)室條件不同的工業(yè)生產(chǎn)制程中，OLED有機(jī)會(huì)釋放多達(dá)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(jí)透明銀層實(shí)現(xiàn)的，”論文第一作者和博士生 Changyeong Jeong說(shuō)道。 作為對(duì)比，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)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(dǎo)效應(yīng)而傳輸，器件發(fā)出的光還是會(huì)被玻璃基板反射進(jìn)而造成損失。在工業(yè)應(yīng)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(gè)玻璃基板中。 “實(shí)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(dá) 34%，”Jeong說(shuō)。
為了證明他們已經(jīng)消除了OLED發(fā)光材料中的光波導(dǎo)效應(yīng)，Guo的團(tuán)隊(duì)也不得不消除玻璃基板對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(lái)透過玻璃的光亮了大約 20%。 這一成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》，題為“通過完全消除波導(dǎo)模式解決有機(jī)發(fā)光二極管中的光捕獲”。
