徐海楠 张春玉 胡良斌 梁洋 张磊 王靖仁

摘  要：有机电致发光器件（OLED）是近年来发展起来的固体化平板显示技术，微腔结构可以改变OLED的发光特性，提高器件的色纯度和发光效率，在开发新型结构器件方面意义重大。

关键词：有机电致发光器件;光学微腔

有机发光显示器件具有功耗小、视角宽、响应时间快、色彩饱和度高、主动发光、厚度薄、高效率的优点，是近年来发展非常迅速的新型平板显示器件。OLED一经出现，就得到了学术界和工业界大量的关注，并投入了大量的人力和资金展开了许多研究工作，取得许多鼓舞人心的成果。

1：有机电致发光器件

有机电致发光器件的基本结构主要由一层透光的阳极（通常是由氧化铟锡所制得的ITO），一层金属阴极（Al，Mg-Ag和Ag等），在两极材料之中夹一层或者多层有机发光材料构成。OLED的发光过程，就是为器件施加直流电压驱动，以此使得器件中的发光材料层发光的过程。在这一足够大的直流驱动电场的驱动下，电性相反的载流子在器件两侧往中间做运动，在发光层进行结合形成激子。激子的出现，使得发光材料从稳定的基态转变成相对不稳定的激发态，再从能量较高的激发态回到原来能量较低的基态。此时，由电能转化为分子内能的能量被以光的形式释放出来，这一整个电能转化为光能的过程就是有机电致发光的全过程。一个设计良好的器件结构对提高显示的发光效率能等重要性能指标有十分重要的意义。1987年C. W. Tang等首先提出了在器件结构中引入了空穴传输层，大大降低了有机电致发光器件的工作电压，提高了有机电致发光器件的发光效率。一般而言，OLED可按发光材料分为两种：小分子和高分子材料。近年来研究人员不断探索新的发光材料和新的器件结构来提高器件性能。2015年出现顶发射有机电致发光器件结构，2016年，有人提出了一种以PET衬底取代传统OLED的玻璃衬底，通过旋转涂敷法镀膜制作出柔性有机电致发光器件结构。有人利用了磷光材料在理论上具有100%的内量子效率这一特点，提出了一种利用双发射场结构的白色OLED器件，这一器件具有极高的发光效率和极低的效率滚降。同年，有人提出了一种性能优越的空穴材料PTPAPI，并在蓝光OLED器件上证明了其优越的空穴传输性能。2017年，采用双母体的结构，以双母体结构取代传统OLED器件中的空穴传输层和电子传输层，在对器件发光性能进行探究的基础之上，简化了原本复杂的器件结构。同一年，有人通过在蓝光OLED器件中逐步引入各种功能层，研究了不同功能层之间结构对OLED器件性能的影响。此外，尺寸在光波长量级的光学微腔结构对腔内材料的发光特性有很强的修饰作用，近年来，在OLED中引入微腔结构被证明是一种很好地改善器件发光性能，因此出现了利用微腔来增强OLED发光性能的热潮。

2：微腔有机电致发光器件

光学微腔是指腔的尺寸在光波长量级的光学微型谐振腔。微腔结构主要包括平面微腔、微球和微环等，最简单的是平面光学微腔是在垂直腔面的一维方向上尺寸为光波长大小的Fabry-Perot谐振腔。

平面微腔是目前用得最多的，因为其结构相对简单。它由两个反射镜，以及在两反射镜之间的材料构成。微腔的两个反射镜不一样，它们反射率不相同，一个高，一个低。两个反射镜的组合不止一种，一种是两个反射镜都采用DBR作为反射镜，DBR为高低折射率材料交替堆叠而成的布拉格反射镜，第二种是利用金属镜做全反射镜，DBR反射镜作为半反射镜;第三种就是两个反射镜全是金属镜。第二种器件性能良好，研究人员多是采用这种。

微腔有机发光的研究最早开始于1991年，M. Suzuki利用LB膜技术在光激发条件下展开了对有机发光材料是小分子薄膜的平面微腔的研究。两年之后，日本的Takahiro Nakayama等人制作一个单镜器件和两个双镜微腔器件，这是微腔研究历史上第一个微腔有机电致发光器件。研究结果表明，无论是光致发光还是电致发光，具有微腔结构的的双镜器件的发光效率，光谱窄化系数均优于单镜器件。两年之后，与PPV有机发光材料一起提出的，R.H. Friend研制了首个聚合物微腔发光器件。由于聚合物成膜技术的限制，聚合物镀膜只能通过旋转涂敷发，聚合物发光层的厚度很难控制，生产出来的器件品质不稳定，人们在聚合物微腔发光器件的研究因此并没有小分子微腔研究得深入。1996年，A. Dodabalapur等人对微腔有机电致发光器件的模拟计算和理论进行了较为详尽的研究，通过改变两个腔面镜所夹的工作介质的结构和厚度实现了三原色的发光模式和混和的发光模式。2009年，国内一个研究小组通过模拟计算并实验验证了OLED没有角度依赖性，而微腔器件的角度依赖性比较明显，这是微腔器件的缺陷之一。2010年，该组研究了发光激子位置不同对于微腔有机电致发光器件的影响，得出发光激子位置恰好位于腔内电场强度最大处，微腔有机电致发光器件的发光效率达到最大的结论。随后，有人提出了两个金属层作为反射镜和半反射镜的微腔器件，高反射Al阴极和半反射Al阳极为微腔的两端反射镜器件。

总之，在有机电致发光器件中引入微腔结构，有以下几个好处。第一，由于微腔效应引入导致有机发光自发辐射产生的光子在腔内的振动模式，一部分得到了干涉相消，另一部分得到了干涉相长，窄化了光谱，微腔OLED的色纯度和OLED相比较得到显著的提高。第二，微腔可以通过合理的结构设计，大幅度提高OLED的发光效率。但是，微腔有机电致发光器件依然存在着许多的问题，发光存在着角度依赖性，器件本身的制作成本高等。这些问题需要研究人员去进一步研究解决。

参考文献

[1]  查朝云. OLED显示技术原理及其發展趋势[J]. 电子制作.2016：14～15.

[2]  杨洋等. 有机发光二极管光取出技术研究进展 [J].物理学报 .2011，60（4）：1-10

[3]  张春玉等. 微腔有机电致发光器件角度依赖性的模拟与实验验证[J]. 发光学报.2015，36（4）：455～455.

基金项目：吉林省大学生创新创业项目（项目编号201810191110）资助项目