变参量金属/介质微纳结构调控的高效线偏振出光的白光OLED器件

Polarized light source is a common and basic technology of many strategic industries. Directly linearly polarized light emission from organic light emitting diodes (OLEDs) provides a tantalizing opportunity for innovation and progress of novel polarized light sources. However, light polarization tailoring in OLED devices still remains to be a major challenge in related research domains. This application proposes an innovative methodology of using the variable dielectric/metal micro-nano structures for efficiently linearly polarization manipulation in white OLED devices via independent or joint manipulation of the polarization, amplitude, and phase of the light field. We aim to elucidate the basic principle of the designing and fabrication of variable micro-nano structures as well as their physical basis of the polarization manipulation at the nanostructured organic interfaces within white OLEDs. Furthermore, we will investigate the influence of different variable micro-nano structures on excitation radiation of electro-optical conversion process, and at the same time, high quality white OLEDs incorporating novel variable micro-nano structures will be farbricated to realize linearly polarized light emission. We expect this project will provide not only a detailed understanding of the impact of linearly polarization manipulation in white OLEDs, but also a new degree of freedom in device design and fabrication.

偏振光源作为通用核心部件是众多战略产业的基础性技术。其中，直接线偏振出光的有机发光二极管(OLED)为偏振光源的进步与革新提供了新途径。然而，与OLED制备技术相适应的偏振态调控的技术方法相对匮乏，制约了线偏振出光OLED的进一步发展。本项目充分利用已有的研究基础，提出发展变参量微纳结构光场调控，构建高效、直接线偏振出光的白光OLED器件的研究思路。通过构筑变参量金属/介质微纳结构，独立或联合调制OLED器件的光场偏振态、振幅和相位，实现直接线偏振出光，同时提高器件的电光转化效率及出光效率。本申请重点研究变参量微纳结构对器件光场的偏振态操控的物理机制，探索不同变参量微纳结构对发光材料的光激发、辐射等电光转换过程的影响，发展基于变参量微纳结构调控OLED器件光场偏振态的新方法，力争在物理机制、器件结构和工艺制备等关键物理与技术问题上有所突破，为有源线偏振出光器件的实际应用提供理论和技术指导。

直接线偏振出光的有源发光器件作为一种新型偏振光源在LCD背光、三维立体显示、目标反隐和识别、偏振光导航等领域有极大的发展潜力和应用价值，是众多战略产业的共性和基础性技术。本项目针对变参量金属/介质微纳结构白光OLED直接线偏振出光调控的基础理论、制备关键技术、器件设计开展了研究工作。. 在基础理论研究方面：(1)提出了将二维随机全息散斑像面条纹和金属/介质光栅同时集成到白光OLED器件中，实现了直接线偏振出光调控和TE波循环利用；(2)开展了基于随机纳米孔阵列和金属/介质光栅的偏振OLED器件理论设计；(3)提出了准直微柱透镜调控分立OLED器件模型、通过该理论可实现分立OLED器件准直出光调控；(4)揭示并阐明了倒置OLED中银纳米颗粒中间连接层调控氧化锌的工作物理机制。. 在器件设计和制备方面：(1)制备了最优偏振消光比为>29dB，角容度大于60度的磷光绿光OLED器件；(2)制备了功率效率为49.5lm/W，直接线偏振出光的功率效率为21.4lm/W、偏振消光比>17.8dB的白光OELD器件；(3)制备的直接线偏振出光绿光OLED器件电流效率达9.4cd/A，器件发射峰偏振消光比达28.1dB，平均偏振消光比达26.9dB；(4)设计并制备了基于微透镜阵列的准直出光OLED器件，器件外量子效率提升1.39倍。极化角为0°时亮度是参考器件的2.7倍，相应的半峰宽达到33.6°；(5)设计了基于嵌入式微米孔、随机散斑条纹等微纳结构的高效OLED器件，有效抑制了器件的光学损耗，器件出光效率获得60%以上的提升；(6)设计制备了基于三维反蛋白石结构的被动辐射冷却膜，在太阳光下实现了比环境温度低约5.8°C的降温效果。. 本项目的上述部分研究工作在领域内尚数首次，如直接线偏振出光的白光OLED器件是目前效率和偏振消光比最高的器件。本项目研发的部分微纳结构如金属/介质纳米光栅、散斑像面全息条纹、三维反蛋白石结构等也是微纳结构制造及微纳光场调控领域的重要课题。上述的理论、技术和器件开发工作，为直接线偏振光源的革新、新颖微纳结构的制备以及微纳光场调控提供了研究基础。