文摘

介绍了一个灵巧的身体改造在基片上的方法来提高光提取有机设备。金属反射膜外侧(LMRF)涂在衬底和微透镜阵列(MLA)捏造在衬底表面。改善光输出的两种方法进行了仿真和优化,形成身体改造。金属薄膜蒸发在逆转梯形形状的衬底形成LMRF层和衬底上的MLA半圆形状是捏造使用普通光刻过程。制造有机器件的外部量子效率与身体改造设备~ 1.8倍正常基质。

1。介绍

有机发光二极管(oled)显示在显示巨大的潜力和固态照明(SSL)应用程序由于其低功耗、宽视角、优秀的色域,和快速的响应时间1- - - - - -3]。虽然已经达到近100%的内部量子效率(4,5),光提取效率低的问题仍未得到解决尤其是照明应用(6,7]。在传统的oled,折射率不匹配在ITO /玻璃和玻璃/空气接口是大到足以引起相当大的部分的全内反射的光发射层。通常,一部分生成的输出到向前查看空间的灯光一个OLED的平面玻璃低至20% (8,9]。

恢复这些波导模式,各种技术研究,目的是提高oled的光输出,包括低指数网格(10,11),周期性波纹结构(12),布拉格反射镜(13[],屈曲模式14),光子晶体(15),防反射涂层(16SiO],单层2微粒子(17]。这些方法专注于改变玻璃衬底的接触表面与有机设备,仅修改外部表面玻璃衬底的OLED的全内反射最小化。

表面结构的有效性(不同几何形状和材料的显微镜头)不同作者探索了提高光提取。微透镜阵列(MLA)使用预聚物NOA65材料衬底上制作微触印刷的疏水自组装单层膜,和光线outcoupling效率提高了24.5%,没有任何明显的颜色变化(18]。球面微透镜模式使用光致抗蚀剂材料设计的oled衬底背面传统蚀刻方法最小化全内反射损失在衬底/空气界面,和1.65的增强可以获得与高折射率玻璃衬底(19]。MLA灵活使用的混合聚二甲硅氧烷预聚物通过呼吸图法倒在有机基质表面和oled的外部量子效率提高34% (20.]。一个不规则的半球形透镜系统由平聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜与微腔用于oled和增加设备的外部out-coupling因素~ 1.8倍与宽视角21]。氧化锌柱阵列被印在玻璃衬底的表面模式复制方法在非润湿性的模板技术,设备表现出峰值发射强度发射40°角,和75.0%的总光输出可以增强获得(22]。衬底的外部表面上使用MLA结构能有效地削弱了波导现象在衬底和从外部衬底表面增强光输出。但它不能彻底阻止光退出的衬底。

本文新方法的身体改造玻璃衬底上演示了使用横向金属反射膜(LMRF)涂层衬底,MLA向前覆盖在衬底表面促进光从有机萃取设备。逆转梯形形状的衬底上的LMRF可能禁止光逃离波导模式和反映这些灯再次衬底形成光发射。MLA衬底表面提高前衬底表面的光输出。LMRF和MLA很容易伪造的衬底和组成有机的身体改造设备。的身体改造包括前表面和侧部分底物能有效提高光提取和oled光强均匀性,尤其是对SSL应用程序。

2。底物的模型修改

图1提出了光的原理图提取增强LMRF和MLA修改在透明基板上。在图1(一)基片的边缘,减少一定的角度,抛光,覆盖着金属反射层。光线1和2可以逃脱衬底面前的空气,但是雷3将反射玻璃和退出不匹配的衬底的一面,因为glass-air折射率和大入射角大于临界角。在衬底的一侧设置LMRF后,雷3衬底和反映方法的接口substrate-air不同入射角小于临界角。MLA glass-air接口上的修改,光线与大入射角(ray 3)也可以提取出由于衬底的表面改变了透镜阵列,如图1 (b)。因此,更多的灯都提取由于边缘金属层和形态学改变的反射衬底上的微透镜阵列。

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图1
原理图的光提取增强与LMRF (a)和MLA (b)修改在透明基板上。

设备模型的光提取不同改性基质可以与射线追踪模拟和优化方法。为了确定LMRF的影响与不同切削角和MLA合同角度光输出效率,三维模型的有机设备有两个修改结构设计,简要演示图2。结构的有机玻璃衬底设备( 毫米)/ ITO ( 毫米)/ multiorganic层( 毫米)/铝阴极( 毫米)。衬底的四周用不同的切削角和100海里LMRF覆盖着。MLA修改图2 (b)显微镜头是残球冠的一个球体分离两部分不同的接触角。整体上的微透镜盖玻璃表面垂直的安排,和显微镜头的维度的选择取决于微透镜阵列的制作过程和前报道MLA。LMRF和MLA结构将用于形式oled的衬底身体改造。为简单起见,金属层被认为是理想的反射层,有机材料的吸收参数被设置为零。有机物质,折光指数的ITO阳极,玻璃衬底是1.8,1.8,和1.5,分别引用前报告(23- - - - - -25]。

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图2
3 d模型的多层oled具有不同衬底修改,(a)使用衬底和LMRF结构和使用衬底结构MLA (b)。黑暗在衬底的中心广场行多层装置和两个电极。

3所示。结果与讨论

仿真的照度地图衬底表面oled如图3,(a)是正常的oled衬底,(b)与LMRF结构基质,基质与MLA (c)结构,并与身体改造衬底(d)。仿真过程是使用100射线与一个典型的绿光的波长540 nm。从仿真结果图3(一个),有很低的边缘附近的发光底物和总通量比率是21.5%正常玻璃衬底,靠近其他的报告26,27]。后设置LMRF衬底的四方,衬底的光输出强度至少是明显增强,有不同的反射的光提取区域四LMRF层。oled的总通量比40°切削角基质达到43.2%,显示在图3 (b)。从图3 (c)可以看出,光输出强度提升中心的玻璃衬底和弱增强边缘的衬底。38.7%的光提取比率可以从有机设备获得微透镜阵列结构在玻璃衬底的表面(显微镜头和衬底的接触角为90°)。仿真结果的有机衬底如图装置与身体修改3 (d)。光输出强度显著地改善不仅在中心也在四个玻璃衬底的利润率。身体的光输出比率是46.6%修改衬底设备,这是2.15倍的有机设备正常衬底如图3(一个)。同时,设备的光输出均匀性提高身体改造与单一基质改性方法。

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图3
oled的模拟输出在衬底表面照度地图有不同的底物,(a)与正常基质,(b)与LMRF结构衬底,MLA结构衬底(c),并与身体改造衬底(d)。

衬底的切削角和表面形态的显微镜头会影响光根据仿真结果从基质中提取。有机器件的光输出比率不同切削角的底物,不同的接触角MLA /衬底在图表示4。的示范图裁切角和接触角也插入图4用于描述修改。我们试图描述光输出率之间的数学表达式和切削角,但发射光从oled具有不同入射角度达到LMRF层和反映不同的衬底表面。退出衬底的光发射与切削角变化,这是不安与方程来表达。全光输出比率在不同的切削角度给出图4和最大产出比率是43.2%(仿真结果)有机底物时40°切削角。光输出比率迅速下降的切削角(> 70°),达到21.5%至90°切削角(这是一个正常的衬底)。


图4
光输出的比例有机设备不同切削角的底物,不同的接触角MLA /衬底的射线跟踪仿真;的insets的示范图切割角和接触角。

半径( )和高度( )的显微镜头(球冠)可以被定义为 在这 球体的半径和吗 的接触角与衬底显微镜头。的值 和 显微镜头的模型可以构建和有机设备与不同的微透镜阵列的光输出比例如图4。光输出比率从31.2%增加到38.7%时,接触角变化从30°- 90°,指出线性与接触角的关系。MLA /衬底的光输出效率影响接触角与显微镜头的结果是相似的填充因数衬底(28]。

LMRF层的底物可以很容易地捏造和简短的过程呈现在图5(一个)。玻璃衬底的四周被切断,逆转梯形的概要文件。侧表面抛光和蚀刻形成一个光滑的平面。之后,100纳米铝金属薄膜蒸发四方面衬底表面形成金属层反射。图像的衬底LMRF(图4)所示5(一个)。图5 (b)说明了简洁准备向前MLA覆盖在基体表面的过程。ITO薄膜的透明衬底(1)旋转涂布一层厚厚的光刻胶(2),然后是光刻胶模式(3)形成在衬底使用正常,光掩模光刻过程。实现半球形透镜阵列(4)类型,底物在烤箱在140°C的温度后烘烤30分钟。扫描电子显微镜图像的微透镜阵列(5)中描述的人物5 (b),这表明半圆形状已经形成的微透镜阵列。的高度和直径的显微镜头~ 2μ米和5μm,分别。尺寸,计算接触角的显微镜头/衬底~ 78°。微透镜之间的差距是0.5 ~μm。微透镜阵列的大小远小于显微镜头用印刷制作的或自组装方法(29日,30.]。

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图5
短暂的制造过程LMRF (a)和衬底上MLA (b)结构。在(a),玻璃衬底(1),(2)降低了四侧角的衬底,涂层金属反光层(3),(4)与LMRF层衬底的形象。在(b),玻璃衬底(1),(2)旋转涂层显微镜头材料,(3)是由光刻图案的过程,(4)模式高温烘烤后,和(5)微透镜阵列的扫描电镜图像。

衬底的光输出改进LMRF MLA结构可以表现为一个白光LED点源和这些图像如图6。图6(一)显示了领导的照片通过正常玻璃5毫米厚度和图6 (b)表明使用相同的图像源交叉通过衬底LMRF结构。点周围有明显的光晕光源和四个反射点在衬底的一面,这意味着更多的光提取前进比设备正常衬底基片表面。(b)的红点是指示性的分布式反馈共振疲软造成的衬底反射。比较光输出的图像通过了衬底(普通玻璃1毫米厚度)和(图6 (d)没有(图)6 (c))微透镜阵列、光发射区和强度已得到改进,如图6 (d),这是类似于前仿真结果如图3。

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图6
通过玻璃衬底领导点的图像来源:前两张图片比较底物和(b)或没有(a) LMRF结构和底部两个图像比较底物和(d)或没有(c) MLA结构。

oled捏造在不同基质(MLA正常基质,基质,基质与LMRF和衬底身体改造)与设备结构ITO / NPB (40 nm) / CBP: (tpbi)2红外(中航商用飞机有限公司)(2 wt %, 30 nm) / BCP (10 nm) / Alq3(40 nm) /生活(1纳米)/(100海里)。底物的大小 毫米,衬底切削角是45°和衬底上的微透镜阵列是捏造的方法显示在图5 (b)。luminance-voltage特征和典型的外部量子效率(EQE)的有机设备如图7。简单的方法计算EQE报道了一些设备特征包括发射光谱,电流密度和亮度参数(31日- - - - - -33]。有机器件的亮度用衬底身体改造高于其他三个设备,设备和正常基质显示最低亮度的驱动电压。最高EQE身体改造的设备是4.67%,EQE值约为1.8倍设备正常基质,这意味着80%的光提取改进得到的身体改造衬底从实验结果。


图7
Luminance-voltage特点和典型的外部量子效率的四个有机设备。

4所示。结论

总之,一个灵巧的身体改造的方法对有机基质介绍提高光提取设备使用LMRF涂层的底物,MLA覆盖衬底表面向前发展。的三维模型有机设备不同的衬底侧切削角和不同接触角的显微镜头/衬底模拟底物结构的优化设计。根据仿真结果,光输出比例的有机设备使用身体改造结构的基质是2.15倍的有机设备与普通玻璃衬底,以及光输出强度更均匀。LMRF层蒸发斜一边衬底和MLA结构与半圆形状是捏造的衬底上使用普通光刻过程。装配式有机设备体改性的EQE价值约为1.8倍的设备与正常基质的测试结果。这种方法可以广泛的用于提高oled的光输出效率,尤其是SSL应用程序。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会支持中国通过批准号(国家自然科学基金委)61006036,“中央大学基础研究基金”(ZYGX2011X012)和程序为新世纪优秀人才在大学(ncet - 10 - 0299)。