体修饰提高有机光源光抽取效率的研究

有机光源在未来照明领域有着巨大的应用市场和社会效益，但其受限于效率低和成本高。有机器件的内量子效率已近饱和，效率提高只能通过增加衬底光抽取效率实现。.本项目提出一种新颖的衬底体修饰结构来提高器件光抽取比例，体修饰包括增加衬底侧壁反射层修饰阻止材料发光由于光波导效应引起的衬底侧向输出及衬底表面图形修饰提高发光在衬底表面的出射面积，综合并优化该两种衬底修饰方式，最终显著提高器件光抽取比例。课题涉及对有机器件发光原理的深入认识、器件出光追踪计算、侧壁修饰结构建立与仿真、衬底表面图形构建与计算、体修饰结构的优化、微细加工工艺、薄膜制备工艺、工艺兼容性、光电器件制备与测试等多个研究方向。通过本课题的开展可有效提高有机光源的光抽取效率，促使有机照明光源的应用，这对我国实现节能减排具有重要意义。

有机光源在未来平板照明领域有着巨大的应用市场和社会效益，但其受限于效率低和成本高。目前，有机发光器件采用磷光发光材料后的内量子效率已接近100%，而器件效率提高只能通过增加衬底光抽取效率实现。.本项目采用新颖的衬底体修饰结构来提高器件光抽取比例，体修饰包括增加衬底侧壁反射层修饰和衬底表面图形修饰，侧壁反射层修饰可以阻止材料发光因光波导效应引起的衬底侧向输出，衬底表面图形修饰可以提高衬底表面光的出射面积，然后综合优化这两种衬底修饰方式形成体修饰结构有效提高器件光抽取比例。.建立了衬底侧壁反射层结构的发光器件模型，采用光线跟踪方法进行有机发光器件的出光模拟计算。计算发现在41°及56°的倾斜角附近出现最大出光比例。当倾斜角度大于75°后，随倾斜角度增加，器件出光比例显著下降。41°基板共出射光线46743条，出光效率为45.5%，较90°普通基板增加了24%，光输出比例提高了111.6%。.设计了不同结构、不同占空比、不同接触角、不同尺寸的8种透镜进行衬底表面的修饰，对比发现采用微透镜阵列、增大透镜占空比、增加微透镜与衬底的接触角能够有效提升衬底的光抽取比例。其中具有90接触角的正交分布微透镜阵列修饰的衬底光抽取比例可达到38.7%。综合两种结构形成体修饰衬底，体修饰模型的出光效率达46.6%，比普通基板模型提高25.1%，出光效率提高116.7%。微透镜改善了侧壁切割镀膜所带来的高峰值出光现象，使光线出射更均匀。.将透明衬底四个侧壁按设定角度切削磨平后，蒸镀Al金属薄膜反射层。采用光刻工艺在透明衬底制备光刻胶图形，高温烘烤后呈现半球透镜形状，形成微透镜阵列。采用点面光源定性对比测试有无衬底修饰的出光效果，发现经过衬底修饰后出光亮度提高，发光面积增加，即有效提升光输出效率。.在完成衬底修饰的衬底上制备相同结构的有机发光器件，测试同驱动电压下，带有衬底修饰的器件亮度更高。测试结果表明，衬底体修饰结构有机发光器件的外量子效率为普通衬底器件的1.8倍，即显著提升了器件的光抽取比例。.本课题共发表学术论文14篇（均标注资助号，其中SCI论文11篇，EI论文2篇），参加国际学术会议3次，申请国家发明专利2项（其中1项已授权），培养研究生3名（其中博士生1名，硕士生2名）。本项目研究成果有效提高有机光源的光抽取效率，促进有机照明光源的应用，对我国节能减排具有重要意义。