亚波长结构基板修饰对有机电致发光器件耦合出光效率的影响

The organic electroluminescent device (OLED) with normal structure can only achieve ~25% of the external quantum efficiency, due to the impact of light loss, such as: substrate mode, waveguide mode and surface plasmonic mode. So, how to improve OLED efficiency are urgently scientific problems to be solved. Due to the mismatch of refractive index between substrate/air interface，substrate mode is introduced, causing light loss. The coupling light effect and mechanism of the organic functional layer with subwavelength structure are not yet clear. This project aims to optimize the physical model and geometry of the sub-wavelength structure, modify OLED substrate/organic functional layer and discuss theoretical basis, which ultimately improve the quantum efficiency. This project comprises three contents: (1) applying the electromagnetic field theory to calculate The physical model and geometric characteristics of the subwavelength structure with the best coupling efficiency of the device; (2) nano-imprinting subwavelength structure in the device substrate and organic functional layer, to analyze its effect on light out-coupling efficiency; (3) to study the effect of the optimized subwavelength structure on carrier injection, to eliminate or suppress the leakage current of the device caused by the subwavelength structure of the functional layer, and finally to obtain the theoretical guidance and implementation basis for the preparation of high efficiency OLED.

传统结构的有机电致发光器件（OLED）受基板模式、波导模式和表面等离激元等损耗的影响，仅能实现约25%的外量子效率，因此如何提高器件效率是目前亟待解决的科学问题。针对当前OLED基板/空气界面折射率不匹配，形成基板模式损耗出光，且有机功能层亚波长结构的耦合出光作用和机制尚不明确的问题，本项目拟通过优化亚波长结构的物理模型和几何结构、修饰OLED基板和有机功能层等方面开展理论基础研究，探讨提高器件量子效率的界面调控方法，实现高效器件，包括：1、应用电磁场光学理论计算，确定具有最佳耦合出光效率亚波长结构的物理模型和几何特征；2、在器件基板和有机功能层纳米压印亚波长结构，分析其对OLED耦合出光效率变化的影响；3、研究最优化亚波长结构对器件载流子注入、传输和激子复合等物理性质的影响，消除或抑制功能层的亚波长结构带来的器件漏电流，最终为高效率OLED的制备提供理论指导和实施依据。

有机/聚合物电致发光器件（Organic/Polymer light emitting device, OLED/PLED），因其具有面发光、低功耗、重量轻、体积薄、全固态、主动发光、色彩丰富、易于实现柔性显示等诸多优点，在高效固态照明和信息显示技术领域具有广泛的应用前景。普通OLED器件的外量子效率（ηext）约为20%，而80%的光以基板模式（20%）、波导模式（20%）、表面等离基元（40%）等方式限制在器件内部。亚波长结构不仅对单一波长或带宽起作用，也不受入射光偏振状态和角度影响，能够满足宽波域和大角度的耦合出光需求，目前，亚波长结构用于OLED和OPV的光调控得到了较好的发展。.本项目尝试在理论、实验和应用三个层面开展研究，按照亚波长结构几何特性的优化与分析、电场和光场理论模拟与仿真、器件性能的优化和指导的顺序展开，进行深入的科学问题研究，具体包括：①采用电磁场光学理论计算，寻找具有光学透射、反射和吸收效果的物理模型和特征尺寸参数；②采用新型热活化延迟荧光材料，调节OLED器件内部功能层能量传递方式；③对基于亚波长结构的OLED进行定性与定量分析，完善基于亚波长结构OLED的理论分析，制备高效率OLED。.本项目初步设计出能够增强耦合出光效率的有机-无机复合材料体系，实现较高效率的有机电致发光器件。采用热活化延迟荧光材料（TADF）制得的白光OLED器件的最大功率效率，电流效率和外部量子效率分别为69.25 lm/W，56.69 cd/A和24.55％。为提高OLED器件的发光效率，实现低成本高效率的有机电致发光器件提供了一定研究基础。.本项目共发表相关SCI论文10余篇，参加2次国际学术会议，授权发明专利1项，培养硕士研究生2人。