提高OLED發(fā)光效率的方法

雖然最近幾年有機(jī)發(fā)光二極管(OrganicLightEmissionDiode，OLED)顯示器已經(jīng)商品化，不過(guò)OLED顯示器不論是發(fā)光效率、使用壽命，或是改用無(wú)晶硅基大型面板等問(wèn)題仍有待改善。

目前已商品化OLED顯示器，可分為小分子OLED(SM-OLED)搭配熒光體與被動(dòng)式矩陣(PassiveMatrix)基板;高分子 (polymer)+被動(dòng)式矩陣基板：以及主動(dòng)式小分子OLED構(gòu)成的小型OLED顯示器等等。上述OLED顯示器主要是應(yīng)用在移動(dòng)電話與數(shù)字相機(jī)、 PDA等領(lǐng)域。

由于OLED顯示器的發(fā)光效率(亦即功率效率)，幾乎與LCD背光模塊相同甚至更低，這意味著OLED發(fā)光效率仍有很大的改善空間，一般認(rèn)為提高OLED 發(fā)光效率，并大幅降低OLED制作成本，未來(lái)OLED才有機(jī)會(huì)取代LCD，并且在市場(chǎng)上占有一席之地。尤其是試量產(chǎn)階段的主動(dòng)式矩陣OLED顯示器，由于 產(chǎn)量性與良品率偏低，因此制作成本是同等級(jí)LCD的兩倍。

功率效率(Powerefficiency)

關(guān)功率效率可以根據(jù)下式求得：

所謂功率效率值主要是指量子效率(quantumefficiency)，除上操作電壓后獲得的百分比。根據(jù)上式可知即使有高的量子效率，功率效率值則會(huì) 隨著高操作電壓而減少，亦即增大操作電壓，其結(jié)果只是補(bǔ)償注入與傳輸carrier時(shí)的損失(因各層有限的傳導(dǎo)率)，對(duì)功率效率并無(wú)實(shí)質(zhì)助益。

理論上電能轉(zhuǎn)換成光線的熱力極限，以綠光而言大約是2.5V。Novaled已經(jīng)證實(shí)在carrier傳輸層內(nèi)，必需整合穩(wěn)定擴(kuò)散的氧化還原摻雜物 (redox-dopants)。需注意是單純的摻雜(doping)，只會(huì)減少組件的量子效率，因此正確的device設(shè)計(jì)也非常重要。

實(shí)驗(yàn)證明發(fā)光層或是各堆棧層，保持電子和電洞的平衡，可使載荷子的平衡系數(shù)(chargecarrierbalancefactor)接近1，在此同時(shí)設(shè)計(jì)device時(shí)，必須確定上述變量不會(huì)受到改善其它動(dòng)作而減少。

長(zhǎng)期激發(fā)加速衰減

Triplet/Singlet系數(shù)主要是表示發(fā)光材料的發(fā)射狀態(tài)。若以Triplet狀態(tài)的發(fā)射效率而言，理論上幾乎可達(dá)到100%;如果采用熒光體 (或Singlet)的話，Triplet/Singlet系數(shù)會(huì)受到限制，大約只有25%左右(Triplet狀態(tài)在此無(wú)法產(chǎn)生光)。

由于Triplet發(fā)射方式，使得device長(zhǎng)期處于激發(fā)狀態(tài)，因此會(huì)有無(wú)輻射性的衰減現(xiàn)象，最后造成device的設(shè)計(jì)變得更加困難。雖然采用 Singlet發(fā)光材料的OLED，使用壽命比較長(zhǎng)，不過(guò)使用Triplet發(fā)光材料的OLED正迎頭趕上中，一般認(rèn)為不久的將來(lái)可望進(jìn)入商品化階段。 photoluminescencequantumyield主要是取決于材料，值得一提的是合成材料的純度、潔凈度、存放、處理與接口設(shè)備，都會(huì)使該值 從接近100%遽降至50%。

OLEDdevice產(chǎn)生的光線被局限在device內(nèi)，并且被平行地引導(dǎo)至基板，或是有機(jī)的表面以及有電層。簡(jiǎn)單的概算是假設(shè)ITO的折射指數(shù)在1.8 左右時(shí)，可以獲得光學(xué)上的out-coupling系數(shù)是20%，這表示有80%的光被傳導(dǎo)到組件的側(cè)邊，無(wú)法被取出應(yīng)用，雖然理論上該現(xiàn)象可以進(jìn)行大幅 改善，然而設(shè)計(jì)者必須考量一個(gè)復(fù)雜的out-coupling，如此一來(lái)，結(jié)構(gòu)上的改變會(huì)使device成本大幅上升，同時(shí)可能會(huì)降低其它效率的系數(shù)。

此外device內(nèi)可使光線反射的電極，由于本身自重特性質(zhì)會(huì)強(qiáng)烈影響光學(xué)的out-coupling效率，此時(shí)若適度增加傳輸層的厚度，對(duì)out-coupling效率具有相當(dāng)程度的助益，不過(guò)它涉及到低導(dǎo)電層的動(dòng)作特性，因此操作電壓和量子效率也會(huì)隨著變化。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，65cd/A與80lm/W(在100cd/m2,2.6V)的綠色磷光OLED，經(jīng)過(guò)doping后的載電荷子傳輸層(如下圖所 示)，它的內(nèi)部量子效率(quantumefficiency)可以達(dá)到接近100%(相較之下Out-coupling系數(shù)只有20%)，而且可以獲得 較佳的亮度，運(yùn)作電壓更接近熱力極限。

OLED發(fā)展動(dòng)向

為改善上述三項(xiàng)缺點(diǎn)，同時(shí)使OLED主動(dòng)顯示器作高發(fā)光效率，因此必需提高發(fā)光效率(大部分的光線被非透明的驅(qū)動(dòng)硅電路遮蔽)，因?yàn)檫m合的接點(diǎn)材質(zhì)受限于 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，使得下層ITO和與上層金屬電觸的一般OLED結(jié)構(gòu)無(wú)法正確運(yùn)作，因此利用摻雜(doping)技術(shù)增加注入電荷，產(chǎn)生載電荷子傳輸層，可以 使適用材料發(fā)揮最大功率效益。

除此之外，提高OLED顯示器產(chǎn)量也是不可或缺的條件之一。目前OLEDdevice常用超薄載電荷子傳輸膜層，雖然這樣的結(jié)構(gòu)可以降低高操作電壓帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，不過(guò)如此一來(lái)device卻有短路之虞，根本對(duì)策是改用較厚的載電荷子傳輸層，藉此增加OLED的穩(wěn)定性。

次世代OLED的應(yīng)用除了家用與工業(yè)用照明之外，更將目標(biāo)鎖定在平均亮度1000cd/m2、80lm/W的白光市場(chǎng)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，首先是所有其它的參數(shù)接近其100%極限時(shí)，out-coupling系數(shù)必需超過(guò)至20%以上。

久以來(lái)照明設(shè)備業(yè)者莫不殷切期盼，獲得輕巧可折迭的光源環(huán)境，事實(shí)上這也是OLED未來(lái)發(fā)展目標(biāo)。